JP2016219282A - 車両用灯具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の車両用灯具は、半導体型の光源30を有する光源部と、光源30の前方に配置される第2レンズ部51を有する第2のレンズ50と、光源30と第2のレンズ50の間に配置され、光源30のライトコーンを第2レンズ部51と第2レンズ部51の基本焦点Pとを結ぶコーンに変換する第1レンズ部61を有する第1のレンズ60と、を備え、第1レンズ部61は、第1レンズ部61の水平方向外側の入射面62に入射する光源30からの光を第2レンズ部51の水平方向外側の入射面52に入射させるように内向きに変換して照射するように形成されている。
【選択図】図7
Description
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、小型化が可能な車両用灯具を提供することを目的とする。
(1)本発明の車両用灯具は、半導体型の光源を有する光源部と、前記光源の前方に配置される第2レンズ部を有する第2のレンズと、前記光源と前記第2のレンズの間に配置され、前記光源のライトコーンを前記第2レンズ部と前記第2レンズ部の基本焦点とを結ぶコーンに変換する第1レンズ部を有する第1のレンズと、を備え、前記第1レンズ部は、前記第1レンズ部の水平方向外側の入射面に入射する前記光源からの光を前記第2レンズ部の水平方向外側の入射面に入射させるように内向きに変換して照射するように形成されている。
(2)上記(1)の構成において、前記第2レンズ部は、中央側から水平方向外側に向かって光を外側から内側に照射するように形成されている。
(3)上記(1)又は(2)の構成において、前記光源の光源光軸を基準として前記光源からの光の照射角度が所定角度以下となる前記第1レンズ部の鉛直方向の範囲内の入射面は、前記第2レンズ部側から見たときに、第2レンズ部の焦点位置が前記第2レンズ部の基本焦点に対して鉛直方向にズレるように形成されている。
(4)上記(1)から(3)のいずれか1つの構成において、前記第1レンズ部は、後方焦点距離が3mm以上10mm以下であり、前記第1のレンズは、前記第2のレンズよりも高耐熱性の材料で形成されており、前記第1のレンズは、第1レンズ部の後方焦点若しくは後方焦点近傍に前記光源の発光中心が位置するように配置されている。
(5)上記(1)から(4)のいずれか1つの構成において、前記第2のレンズは、アクリル系樹脂で形成されている。
(6)上記(1)から(5)のいずれか1つの構成において、前記光源に設けられる発光チップの一部に欠けがある場合には、欠けがある部分が鉛直方向下側に位置するように、前記発光チップが配置されている。
(7)上記(1)から(6)のいずれか1つの構成において、前記光源には、複数の発光チップが設けられており、前記第1のレンズには、それぞれの前記発光チップに対応する複数の前記第1レンズ部が形成されているとともに、前記第2のレンズにもそれぞれの前記発光チップに対応する複数の前記第2レンズ部が形成されている。
(8)上記(7)の構成において、車両外側に配置されるロービーム用灯具ユニットを備え、前記ロービーム用灯具ユニットの車両内側となる隣の位置に前記発光チップ、前記第1レンズ部および前記第2レンズ部が鉛直方向に並ぶように配置されている。
図2は、灯具ユニット10の分解斜視図である。
図2に示すように、灯具ユニット10は、ヒートシンク20と、ヒートシンク20上に取付けられる半導体型の光源30からなる光源部と、ヒートシンク20上に取付けられるレンズホルダ40と、光源30の前方に配置される第2のレンズ50と、第2のレンズ50と光源30の間に配置される第1のレンズ60と、第1のレンズ60と第2のレンズ50の間に配置されるシェード70と、を備えている。
なお、光源部は、発光チップ32とアルミ実装基板31とで構成される半導体型の光源30を複数用いて構成されていても良いし、本実施形態のように、1つのアルミ実装基板31に複数の発光チップ32を設けた半導体型の光源30で構成するようにしても良い。
したがって、以下の説明では、単に光源30とのみ記載して光源部との記載を省略し、光源30と光源部を分けて説明する必要がある部分についてのみ光源部との表現を用いて説明する。
ヒートシンク20は、光源30が発生する熱を放熱する部材であり、熱伝導率の高い金属材料(例えば、アルミ等)や樹脂材料を用いて成形されるのが好適である。
本実施形態の灯具ユニット10は、ショート拡散配光パターン、ミドル拡散配光パターン及びラージ拡散配光パターンの3つの配光パターンを重ね合わせることでハイビーム配光パターンを形成するようになっており、図2に示すように、それぞれの配光パターン用に1つずつ合計3つの発光チップ32を有する光源30が設けられる。
なお、上述したように、本実施形態では、共通基板として1つのアルミ実装基板31を設け、そのアルミ実装基板31上に3つの発光チップ32を設ける態様とした光源30で光源部を構成し、光源部が3つの発光チップ32を有するものとしているが、例えば、1つの発光チップ32と1つのアルミ実装基板31からなる光源30を3つ用いて光源部を構成するようにしても良く、このようにしても、本実施形態と同様に、3つの発光チップを設けた光源部とすることができる。
アルミ実装基板31には、ヒートシンク20のボス22が挿入されるボス孔33とヒートシンク20に固定するときのネジ(図示せず)を通すためのネジ孔34が設けられており、ボス22をボス孔33に挿入するように光源30がヒートシンク20上に配置された後、ネジ孔34を通してネジ(図示せず)をヒートシンク20のネジ固定孔23に螺合固定することで光源30はヒートシンク20上に固定される。
しかしながら、そのように1つの配光パターン用に複数の発光チップ32をセットとして設けるようにすると、発光チップ32の数が増えることになるので発熱量が増加することになる。
そうすると、第1のレンズ60が熱による劣化を起こすことになるため、小型化のために、第1のレンズ60を光源30に近づけて配置できないようになる場合がある。
なお、各配光パターン用に1つずつ光源30を設けて複数の光源30で光源部を構成するようにしても良く、この場合も、各光源30毎に複数の発光チップ32をセットとして設けるようにしても良いが、上述した小型化の観点から複数の光源30で光源部を構成するような場合でも、各光源30に設けられる発光チップ32の数は1つとするのが好適である。
このようにすることで欠けの部分を上方に投影するようにして、配光パターンの上方に逃がすようにすることで良好な配光パターンを形成することが可能となる。
なお、複数の光源30で光源部を構成する場合も同様に、ショート拡散配光パターン及びラージ拡散配光パターンだけを形成する時には、それらに対応して2つの光源30で光源部を構成するようにすればよい。
また、本実施形態では、半導体型の光源30としてLEDを用いている場合について示しているが、例えば、半導体レーザ(LD)のような半導体型の光源を用いるようにしても良い。
レンズホルダ40は、光源30側に配置される第1レンズホルダ41と、第1レンズホルダ41の前方側に配置される第2レンズホルダ42とからなる。
第1レンズホルダ41には、水平方向の両端にヒートシンク20のボス24を挿入するボス孔41aとネジ(図示せず)を通すネジ孔41bとが形成されており、第1レンズホルダ41は、ボス孔41aにヒートシンク20のボス24を通すようにしてヒートシンク20上に配置された後、ネジ孔41bを通してネジ(図示せず)をヒートシンク20のネジ固定孔25に螺合固定することでヒートシンク20に取付けられるようになっている。
そして、第1レンズホルダ41の鉛直方向の両面(上側の面及び下側の面)には、第2レンズホルダ42に係止する係止部45が形成されている。
そして、第2レンズホルダ42の水平方向の両側壁(左側の側壁及び右側の側壁)には、第1レンズホルダ41に係止する係止部48が設けられている。
なお、シェード70は、第1のレンズ60と第2のレンズ50との間に挟まれるように保持されることになる。
第1のレンズ60は、水平方向に横長の板状であり、それぞれの発光チップ32に対応する3つの第1レンズ部61が形成されており、第1のレンズ60は、第1レンズ部61の後方焦点が光源30の発光チップ32の中心若しくは中心近傍、つまり、光源30の発光中心若しくは発光中心近傍に位置するように配置される。
このため、第1のレンズ60は耐熱性に優れるポリカーボネート系樹脂、シリコン(SLR)、及びガラス等で形成されることが好適であり、本実施形態では、第1のレンズ60をポリカーボネート系樹脂で形成している。
一方、第1レンズ部61の出射面は、入射した光が所定の出射パターンとして第2のレンズ50側に照射されるように自由曲面で形成されている。
なお、第1レンズ部61の配光制御については後ほど後述する。
シェード70は、第1のレンズ60の第1レンズ部61以外の部分から光が出射しないように光を遮光するための部材である。
このため、第1レンズ部61の外径に合わせた3つの開口71が形成され、第1レンズ部61から出射する光が遮光されないようにしつつ、第1のレンズ60の第1レンズ部61以外の箇所を遮光するように形成されている。
なお、上述のように、第1レンズ部61が2つとされる場合には、それに合わせて開口71も2つにされる。
第2のレンズ50は、水平方向に横長の板状であり、それぞれの発光チップ32に対応する3つの第2レンズ部51が形成されている。
第2レンズ部51の光が出射する出射面は、求められる表面形状に応じて自由に決めてよく、一方、光が入射する入射面(第1レンズ部61側の面)は、その出射面から出射する光が所定の出射パターンとなるように自由曲面で形成される。
本実施形態では、第2レンズ部51の光が出射する出射面を平面状として、その出射面から出射する光が所定の出射パターンとなるように入射面を自由曲面で形成するようにしている。
なお、第2レンズ部51の配光制御については後述する。
第2のレンズ50は、第1のレンズ60の前方側に位置するため、光源30からの熱の影響を受け難いため、屈折率の波長依存性の小さいPMMAなどのアクリル系樹脂を用いて分光の影響を小さくするようにすることが好適である。
したがって、第1のレンズ60及び第2のレンズ50の説明からわかるように、本実施形態では、第1のレンズ60を耐熱性の観点を優先してポリカーボネート系樹脂(第2のレンズ50よりも高耐熱性の材料)で形成し、一方、第2のレンズ50は分光の観点を優先し、アクリル系樹脂で形成するようにしている。
図3は、ラージ拡散配光パターンを形成する第1レンズ部61及び第2レンズ部51を示した図である。
なお、図3では、第1レンズ部61及び第2レンズ部51について入射面62、52及び出射面63、53の面形状だけを示すようにしている。
また、図3において、第2レンズ部51の出射面53から照射される光線について出射面53の中央側が少なくなっているのは、単に光源30(発光チップ32)から等ピッチで光線を描いた時に、その光線が出射面53の中央側から出射しないためであり、本来は隙間なく無数に光源30(発光チップ32)からは光線が出ることになるので、当然、それらの光線の中には、出射面53の中央側から出射するものがある。
つまり、単に光線を描く時の間引きの関係で出射面53の中央側から出射する光線が少ないような図示になっているだけである。
また、図3において、Pは、第2レンズ部51の基本焦点P(後方焦点)を示し、Cは、第2レンズ部51と第2レンズ部51の基本焦点Pとを結ぶコーンCを示している。
なお、以降において、このように中央側では外側に光を照射し、途中で折り返して外側では内側に光を照射するようにした配光制御のことをオープンクロス配光制御と言う場合がある。
なお、図4では上側にスクリーン上での配光パターンを示すとともに、下側に図3と同様の図示を示したものとなっており、VU−VD線は垂直線を示し、HL−HR線は水平線を示している。
図4(a)は上述したラージ拡散配光パターンを示したものであり、図4(b)はミドル拡散配光パターンを示したものであり、図4(c)はショート拡散配光パターンを示したものである。
そこで、そのようなスジが現れないようにするために、ミドル拡散配光パターン及びショート拡散配光パターンの外周輪郭を暈すようにすることが好適である。
このため、ラージ拡散配光パターンにおいても外周輪郭を暈すようにすることが好適である。
図5は、第1レンズ部61の入射面62について、水平方向及び鉛直方向の光源30(発光チップ32)から照射される光の照射角度が50度の範囲内を模式的に示した図である。
また、Yは、光源光軸Z及び水平方向軸Xに直交する鉛直方向軸Yを示しており、同様に、点として示されている光源光軸Z上に位置する発光チップ32を説明のために鉛直方向軸Y上に記載している。
なお、図5の数値がプラスであるものは、鉛直方向上側への焦点ズレを示し、マイナスであるものは鉛直方向下側への焦点ズレを示している。
また、比較的シンプルな面形状とすることができる第1レンズ部61の入射面62に暈すための構造を形成するようにすることで、出射面53の形状に応じて所定の配光パターンを形成するように設計される第2レンズ部51の入射面52に、さらに、配光パターンの端を暈すための構成を加えるようなことを行わなくて済むため、第2レンズ部51で無理に暈すための配光制御を行わなくてよい。
なお、図6において、VU−VD線は垂直線を示し、HL−HR線は水平線を示している。
このため、ハイビーム配光パターンの外側が急激に暗くなることが抑制されており、視認性の良いハイビーム配光パターンになっていることがわかる。
また、ミドル拡散配光パターンの外周輪郭を暈すようにしたことで、ラージ拡散配光パターンだけで構成される部分とミドル拡散配光パターンが多重された部分との境界に現れる光度差に伴うスジもハイビーム配光パターンには現れておらず、ショート拡散配光パターンの外周輪郭を暈すようにしたことで、同様に、ショート拡散配光パターンが多重された部分とそうでない部分との境界に現れる光度差に伴うスジもハイビーム配光パターンには現れておらず、良好なハイビーム配光パターンが形成されている。
この場合、各拡散配光パターンを形成する部分は、図7に示すように配置されることが好ましい。
図7に示すように、各配光パターンを多重することを考えると、最も広い幅の配光であるラージ拡散配光パターンを形成する部分は、灯具ユニット10の中央に設けるようにし、灯具ユニット10の水平方向端側にミドル拡散配光パターン及びショート拡散配光パターンを形成する部分を設けるようにするのが好適であるが、車両内側のインナーパネルなどへの光の照射を抑制する観点から、ショート拡散配光パターンを形成する部分を水平方向の車両内側の端に設けるようにし、ミドル拡散配光パターンを形成する部分を水平方向の車両外側の端に設けるようにするのが好適である。
つまり、車両内側にショート拡散配光パターンを形成する部分を位置させ、車両外側にラージ拡散配光パターンを形成する部分を位置させるようにすればよい。
本実施形態では、焦点位置を鉛直方向にズレるようにする第1レンズ部61の入射面62の鉛直方向の範囲を、光源30の光源光軸Zを基準として光源30からの光の鉛直方向の照射角度が25度以下となる範囲としたが、この範囲は、照射角度が20度以上30度以下の範囲から選ばれる所定角度θ’以下となる範囲とするようにすれば良い。
20 ヒートシンク
21 表面
22、24、26 ボス
23、25、27 ネジ固定孔
30 光源
31 アルミ実装基板
32 発光チップ
33、41a、42a ボス孔
34、41b、42b ネジ孔
40 レンズホルダ
41 第1レンズホルダ
42 第2レンズホルダ
43、46、71 開口
44 受け部
45、48 係止部
47 前面壁部
50 第2のレンズ
51 第2レンズ部
60 第1のレンズ
61 第1レンズ部
62、52 入射面
63、53 出射面
70 シェード
C コーン
LC ライトコーン
P 基本焦点
X 水平方向軸
Y 鉛直方向軸
Z 光源光軸
101L、101R 車両用前照灯
102 車両
Claims (8)
- 半導体型の光源を有する光源部と、
前記光源の前方に配置される第2レンズ部を有する第2のレンズと、
前記光源と前記第2のレンズの間に配置され、前記光源のライトコーンを前記第2レンズ部と前記第2レンズ部の基本焦点とを結ぶコーンに変換する第1レンズ部を有する第1のレンズと、を備え、
前記第1レンズ部は、前記第1レンズ部の水平方向外側の入射面に入射する前記光源からの光を前記第2レンズ部の水平方向外側の入射面に入射させるように内向きに変換して照射するように形成されていることを特徴とする車両用灯具。 - 前記第2レンズ部は、中央側から水平方向外側に向かって光を外側から内側に照射するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
- 前記光源の光源光軸を基準として前記光源からの光の照射角度が所定角度以下となる前記第1レンズ部の鉛直方向の範囲内の入射面は、前記第2レンズ部側から見たときに、第2レンズ部の焦点位置が前記第2レンズ部の基本焦点に対して鉛直方向にズレるように形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用灯具。
- 前記第1レンズ部は、後方焦点距離が3mm以上10mm以下であり、
前記第1のレンズは、前記第2のレンズよりも高耐熱性の材料で形成されており、
前記第1のレンズは、第1レンズ部の後方焦点若しくは後方焦点近傍に前記光源の発光中心が位置するように配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の車両用灯具。 - 前記第2のレンズは、アクリル系樹脂で形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の車両用灯具。
- 前記光源に設けられる発光チップの一部に欠けがある場合には、欠けがある部分が鉛直方向下側に位置するように、前記発光チップが配置されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の車両用灯具。
- 前記光源部には、複数の発光チップが設けられており、
前記第1のレンズには、それぞれの前記発光チップに対応する複数の前記第1レンズ部が形成されているとともに、前記第2のレンズにもそれぞれの前記発光チップに対応する複数の前記第2レンズ部が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の車両用灯具。 - 車両外側に配置されるロービーム用灯具ユニットを備え、
前記ロービーム用灯具ユニットの車両内側となる隣の位置に前記発光チップ、前記第1レンズ部および前記第2レンズ部が鉛直方向に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項7に記載の車両用灯具。
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