JP2016225254A - 車両用灯具 - Google Patents

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Abstract

【課題】導光体を導光された光を所望の出射方向に出射することを可能にする一方で、導光体の設計の自由度を高めた車両用灯具を提供する。【解決手段】光源(LED)14〜16と、一方の端面が光源に対向配置された光入射面31として構成され、光入射面31から延長されて他方の端面が光出射面32として構成され、光入射面31に入射された光を光出射面32まで導光する導光体3を備える。導光体3は延長方向の中間部位において所要の角度で屈曲されるとともに、光入射面31に入射された光を光出射面32に向けて内面反射する内面反射部36を備える。光入射面31は光源14〜16から出射した光の発散を抑える集光レンズ37を備え、光出射面32は導光された光を所定の方向に向けて偏向する屈折面として構成される。【選択図】 図5

Description

本発明は長さ方向の一端面を光入射面とし、他端面を光出射面とした導光体を有する車両用灯具に関し、特に光源の発光光軸方向と光の照射方向とが異なる方向に向けられた車両用灯具に関するものである。
車両用灯具では、車体形状に対応した適切な灯具を設計する際に、光源の発光光軸方向(発光した光の出射方向)を、灯具光軸(灯具の発光面から出射される光の照射方向)と一致させることができないことがある。このような灯具においては、従来から光源の光を灯具の発光面にまで導光する導光体を用いることが行なわれている。
例えば、特許文献1には、光源の光を導光体で構成された第1レンズと第2レンズを用いて導光し、光源の発光光軸に対してほぼ直角な方向に向けて出射させる技術が提案されている。また、特許文献2には、導光体の一端面に入射した光源の光を、導光体の一側面において内面反射させ、導光体の他方の端面から出射させる技術が提案されている。特許文献3には、光源の光を導光レンズの一端面に入射させ、当該導光レンズで導光するとともに導光レンズの一側面において光源の発光光軸に対してほぼ直角方向に内面反射させ、反射光を導光レンズからの反対側の側面から出射させる技術が提案されている。
特開2015−2148号公報 特開2012−54083号公報 特開2006−313681号公報
特許文献1,2の技術は、光源から出射される発散光をそのまま導光体やレンズに入射させる構造である。そのため、導光体やレンズの内部を導光される光は、導光体やレンズの内部でランダムな状態で内面反射され、導光体やレンズの光出射面から出射される際にもあらゆる方向に向けて出射されることになる。これにより、特定の方向に向けて出射される光は光源から出射された光の一部となり、当該特定の方向に対する出射光度は低いものとなる。
これに対し、特許文献3は、導光レンズの光入射面に設けたフレネルレンズ部によって集光し、平行光束として導光レンズの内部を導光させ、さらに内面反射部において反射させた上で導光レンズから出射させている。したがって、導光レンズ内におけるランダムな内面反射は回避され、特定の方向に対する出射光度を高める上では有効である。
しかし、特許文献3の技術は、導光レンズで内面反射された光を反対側の側面からそのまま直進的に出射させる構成であるので、内面反射部の形状によって導光レンズからの光の出射方向が特定されてしまう。そのため、灯具内に導光レンズを配設したときの導光レンズの配設方向と、光を出射させようとする方向とが相違している場合には、内面反射部の設計・製造が難しいものになる。すなわち、内面反射部の設計に際しては導光レンズにおける臨界角を考慮する必要があるため、所望の方向に向けて光を内面反射する内面反射部を導光レンズに加工する際に当該臨界角の制約を受け、内面反射部の設計の自由度が低く、製造が難しいものとなる。
本発明の目的は、導光体からの光を所望の方向に出射させることを可能にする一方で、導光体の設計の自由度を高めた車両用灯具を提供するものである。
本発明は、光源と、一方の端面が光源に対向配置された光入射面として構成され、当該光入射面から所定の方向に延長されて延長方向の他方の端面が光出射面として構成され、光入射面に入射された光を光出射面まで導光する導光体を備える車両用灯具であって、導光体は延長方向の中間部位において所要の角度で屈曲されるとともに、光入射面に入射された光を光出射面に向けて内面反射する内面反射部を備える。その上で、光入射面は光源から出射した光を発散を抑える方向に屈折するための第1の光学要素を備え、光出射面は導光された光を所定の方向に向けて偏向する第2の光学要素を備えることを特徴とする。
本発明において、第1の光学要素は集光要素であり、第2の光学要素は光屈折要素である。本発明の導光体は、光入射面から直線に延長された真直部と、当該真直部に対して所要の角度で屈曲されて真直状態に延長された屈曲部とを備えており、内面反射部は真直部と屈曲部との境界を含む領域に形成され、真直部を導光される平行光束を平行光束のまま屈曲部に向けて反射する構成とすることが好ましい。
本発明によれば、導光体の光入射面に入射される光を第1の光学要素によって発散を抑えた光とし、この光を内面反射部において反射して屈曲部を導光させ、光出射面において第2の光学要素によって所定の方向に向けて出射させる。これにより、導光体を導光させる光を高い効率で光出射面にまで導光させ、かつ光出射面から出射させることができるとともに、光出射面からの光の出射方向の設計が容易になり、導光体の設計の自由度を高めることができる。
本発明を適用したテールランプを装備した自動車の一部の後面図。 図1のII−II線に沿った拡大水平断面図。 テール&ストップランプを分解した状態の概略斜視図。 ストップランプ導光体の斜視図と水平断面図とC−C線断面図。 テール&ストップランプの各導光体での光の導光状態を示す水平断面図。 ストップランプ導光体の第1と第2の光学要素の変形例の断面図。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明にかかる導光体を内部に配設したテール&ストップランプを装備した自動車CARの一部の後面図であり、ここでは自動車CARの車体の右後部に装備される右側のリアコンビネーションランプRCLとして構成されている。この右側のリアコンビネーションランプRCLは、テール&ストップランプT&SL、バックアップランプBUL、ターンシグナルランプTSLを一体化している。なお、図示は省略するが左側のリアコンビネーションランプは左右対称の構造である。
図2は前記右リアコンビネーションランプRCLの水平方向に沿った概略構造を示しており、図1のII−II線の断面図である。この右リアコンビネーションランプRCLは、ランプボディ101と正面カバー102とで構成されたランプハウジング100に、前記したテール&ストップランプT&SL、バックアップランプBUL、ターンシグナルランプTSLが内装されている。前記正面カバー102は自動車CARの車体後部の形状に倣って曲面形状とされている。
前記テール&ストップランプT&SLは、前記ランプハウジング100内の車幅方向の外側領域に内装されており、概念的にはテールランプTLとストップランプSLとで構成されているが、実質的にはこれらテールランプTLとストップランプSLはテール&ストップランプT&SLとして一体的に構成されている。ここでは、テール&ストップランプT&SLは光源を含む光源ユニット1と、3個の導光体2,3,4とで構成されている。
前記光源ユニット1は前記ランプハウジング100の内奥位置において前記ランプボディ101に固定支持されている。前記3個の導光体2,3,4は、所要の長さをした透光部材で構成されており、前記ランプハウジング100内に車幅方向に並列状態に延長配置されている。各導光体2,3,4の一方の端面は前記光源ユニット1に対向配置され、他方の端面は前記正面カバー102の内面に沿って対向配置されている。
図3は前記テール&ストップランプT&SLの部分分解斜視図である。図2と図3を参照して前記光源ユニット1と導光体2,3,4の詳細を説明する。前記光源ユニット1は表面に9個の光源11〜19が搭載された回路基板10を備えている。この回路基板10は表面を車幅方向の斜め外側に向けた状態で前記ランプハウジング100の内奥位置において前記ランプボディ101に固定支持されている。
前記光源11〜19はそれぞれ回路基板10の表面に対して発光光軸が垂直に向けられたLEDで構成されており、前記回路基板10の表面に3×3の行列配置されている。これらのLED11〜19は前記回路基板10に外部から供給される制御電流によって発光制御されるように設定されており、左右の各列の各3個のLED11〜13,17〜19は夜間走行時に発光されるテールランプ光源として設定され、中央の列の3つのLED14〜16はブレーキ操作時に発光されるストップランプ光源として設定されている。したがって、これらのLED11〜19が発光したときの光の出射方向は自動車CARの斜め後方に向けられる。
前記3個の導光体2,3,4は、それぞれ光源ユニット1に対向された一方の端面から、正面カバー102に対向された他方の端面に向けて延長された厚板状の透光部材で形成されており、特に延長方向に垂直な断面形状は長方形とされている。その上で、各導光体2,3,4は短辺が上下方向に向くように、すなわち長辺が左右方向に向くように配置されるとともに、前記ランプハウジング100内において左右方向に所要の間隙をおいて配置され、前記ランプボディ101に固定支持されている。
さらに、3個の導光体2,3,4は車体幅方向の内側が凹むように屈曲されている。導光体をこのように屈曲させることにより、ランプハウジング100内には導光体2,3,4の凹んだ側の領域にスペースが確保でき、このスペースにランプ構成部品、例えばランプ制御回路部品を配設することが可能になる。また、このように導光体2,3,4を屈曲させることで、テール&ストップランプT&SL、ないしはリアコンビネーションランプRCLの奥行寸法を薄くすることが可能になる。
前記3個の導光体2,3,4のうち、左右両側の2個の導光体2,4はテールランプ導光体として構成され、中央の導光体3はストップランプ導光体として構成されている。そして、各導光体2,3,4はいずれも前記LED11〜19が発光したときに、各LED11〜19から出射された光が各導光体2,3,4の一方の端面に入射され、各導光体2,3,4の内部を延長方向に導光された後、他方の端面から出射されるようになっている。このときの出射される光の照射方向は自動車CARの真後ろ方向に向けられる。
前記テールランプ導光体2,4は、前記した厚板状の透光部材が車幅方向の内側に凹むように曲線状に湾曲された構成とされている。そして、テールランプ導光体2の一方の端面21は光入射面として前記テールランプ光源としての左列の3個のLED11〜13に対向配置され、他方の端面22は光出射面として前記ランプハウジング100の正面カバー102に対向配置されている。同様に、テールランプ導光体4の一方の端面41は光入射面として前記テールランプ光源としての右列の3個のLED17〜19に対向配置され、他方の端面42は光出射面として前記正面カバー102に対向配置されている。
前記テールランプ導光体2,4の光入射面21,41は平坦面に形成されている。また、光出射面22,42には光拡散要素として微小サイズの光拡散ステップ23,43が形成されており、光出射面から出射される光を拡散するようになっている。この光拡散ステップ23,43は、例えば多数の微細な球面ステップ(魚眼ステップ)で構成されている。
前記ストップランプ導光体3は本発明が適用された導光体であり、前記したように厚板状の透光部材で構成され、前記2個のテールランプ導光体2,4の左右方向の中間位置においてこれらテールランプ導光体2,4と並列状態に延長された状態に配置されている。このストップランプ導光体3の一方の端面31は光入射面として前記ストップランプ光源としての中央列の3個のLED14〜16に対向配置され、他方の端面32は光出射面として前記ランプハウジング100の正面カバー102に対向配置されている。
図4(a)は前記ストップランプ導光体3を図3とは異なる方向から見た斜視図、図4(b)はその水平断面図、図4(c)は同図(a)のC−C線断面図である。ストップランプ導光体3は、図4(c)のように延長方向に垂直な断面が長方形をしており、前記光入射面31から真直に延長された真直部34と、この真直部34から車幅方向の内側に向けて所要の角度で直線状態に屈曲された屈曲部35とで概ね逆「く」字型に形成されている。すなわち、ストップランプ導光体3の車幅方向の内側面が光出射面に近接した位置P1において車幅方向の内側に向けて所要の角度θ1で屈曲され、車幅方向の外側面は前記内側の屈曲した位置P1よりも光入射面側の位置P2において車幅方向の内側に向けて所要の角度θ2で屈曲されている。そして、この外側面の屈曲した位置P2よりも光出射面42に至るまでの領域が内面反射部36として構成されている。
前記ストップランプ導光体3の光入射面31は、ストップランプ光源としての前記3個のLED14〜16の発光光軸Lx(出射される光の光度が最も高い方向に沿った主光軸)に対して垂直に向けられている。また、当該光入射面31は前記3個のLED14〜16に対応して3つの領域S1〜S3に区画され、各領域S1〜S3にそれぞれ同一構成の集光レンズ37が一体に形成されている。各集光レンズ37は本発明における第1の光学要素であり、例えば、球面レンズで構成される。この集光レンズ37により、各LED14〜16から出射される発散光は発散を抑える方向に屈折されてストップランプ導光体3に入射される。ここでは、集光レンズ37によって集光されて平行光束としてストップランプ導光体3に入射される。
前記ストップランプ導光体3の前記真直部34は前記LED14〜16の発光光軸Lxに沿って光入射面31から真直に延長される。ここで、この真直部34の軸線を真直部軸Axと称する。前記内面反射部36は光入射面31から入射されて内部を導光される平行光束の光を全て内面反射することができるように前記真直部34に対して全幅方向に交差する平坦面として形成されている。前記屈曲部35は前記内面反射部36で内面反射された平行光束の光を全て導光し、光出射面32から出射させるように形成されている。ここで、この屈曲部35の軸線を屈曲部軸Bxと称する。
前記した内面反射部36の反射面が真直部軸Axに対してなす角度θ2は、導光される平行光束の光が全て全反射されるように、ストップランプ導光体3を構成する透光部材の臨界角θcに基づいて、[θ2<90−θc]に設定されている。
また、前記屈曲部35の屈曲部軸Bxが真直部軸Axに対してなす角度θ1は、ストップランプ導光体3を構成する透光部材の臨界角θcの2倍よりも大きく、ここでは[θ1=180°−2・θ2]に設定されている。
さらに、前記光出射面32は出射される光を所望の方向に偏向させるための第2の光学要素を備えている。ここでは第2の光学要素として、ストップランプ導光体3を構成している透光部材の屈折率を考慮して、光出射面32は出射される平行光束の光が所定の方向に向けて屈折させるように前記屈曲部軸Bxと垂直な面に対して所定の角度θ3[θ3≠0]だけ傾斜されている。ここでは、屈曲部35を導光されて光出射面32において屈折されて出射される光が自動車の真後ろ方向に向けて出射される角度に設定される。
さらに、この実施形態では、ストップランプ導光体3の光出射面32には光拡散要素33が設けられている。この光拡散要素33として、光出射面32にシボ加工による微細凹凸が形成されており、この微細凹凸33によって光出射面32から出射される光を拡散させるように構成されている。
以上の構成のテール&ストップランプでは、図5にテール&ストップランプT&SLの点灯時の光の導光状態の水平断面図を示すように、テールランプTLの点灯時にはテールランプ光源としてのLED11〜13,17〜19が発光される。すなわち、光源ユニット1の回路基板10に搭載されている左右の列の各3個のLED11〜13,17〜19が発光される。発光されたLED11〜13,17〜19からは赤色光が発散状態で出射され、テールランプ導光体2,4の光入射面21,41に入射される。入射された光はテールランプ導光体2,4の側面での内面反射を繰り返しながら当該テールランプ導光体2,4の内部を導光され、光出射面22,42から出射される。
テールランプ導光体2,4では、LED11〜13,17〜19から入射される光は発散状態であるので、内部を導光される光はランダムな状態で内面反射されながら導光される。したがって、光出射面22,42から出射される光の方向もランダムとなり、しかも光出射面に設けられている光拡散ステップ23,43によって拡散される。これにより、光出射面22,42から出射される光は、自動車CARの真後ろ方向に向けられるが、この方向を含む相対的に広い角度領域に向けられることになり、正面カバー102を透過して自動車CARの後方の広い領域に照射される。したがって、自動車の後方の広い領域からテールランプTLの点灯が確認される。
ストップランプSLの点灯時にはストップランプ光源としてのLED14〜16が発光される。このとき夜間であれば前記したようにテールランプTLが点灯されており、昼間であれば光源ユニット1の回路基板10に搭載されている中央の列の3個のLED14〜16のみが発光される。発光されたLED14〜16からは赤色光が発散状態で出射され、テールランプ導光体3の光入射面31に入射される。このとき、光入射面31に形成されている集光レンズ37により発散状態の光は集光され、平行光束にされてストップランプ導光体3に入射される。このことは光入射面31に形成されている3個の集光レンズ37のそれぞれについて行なわれるので、光入射面31の3つの領域S1〜S3に入射される光は全て平行光束としてストップランプ導光体3に入射される。
平行光束の光はストップランプ導光体3の真直部34を真直部軸Axに沿って平行光束の状態で導光される。そして、導光される全ての光は内面反射部36において内面反射され、屈曲部35に向けられる。この内面反射部36は平坦面であるので反射された光は平行光束の状態のままで反射される。反射された光は屈曲部36を屈曲部軸Bxに沿って平行光束の状態で導光され、光出射面32にまで導光された後にこの光出射面32において屈折されて出射される。
光出射面32で屈折される光は平行光束の状態が保持されているので、全ての光は同じ方向に屈折されて出射される。このとき光出射面32に設けられている微細凹凸33によって一部の光は所要の角度領域に拡散される。光出射面32から出射されたこれらの光は正面カバー102を透過して自動車CARの真後ろ方向に向けて照射されることになる。
このように、ストップランプSLにおいては、LED14〜16から出射した光は平行光束の状態でストップランプ導光体3を導光されるので、導光される全ての光が内面反射部36において光出射面32の方向に反射して導光されることになり、効率の高い導光が行なわれる。また、光出射面32から出射される光は、全ての光が所定の方向に屈折されるとともに、その一部は光出射面において拡散されるので、当該屈折方向に高い光度を有する所要の領域への光照射が行なわれる。
すなわち、ストップランプ導光体3の光出射面32から出射される光は、光出射面32での屈折方向が光度の高い配光領域となり、この光度の高い配光領域の周囲にそれよりも光度の低い配光領域が形成される。そのため、ストップランプSLの点灯時には、自動車CARの真後ろ方向に向けられた光度の高い配光領域での視認性が高められるとともに、その周囲の配光領域においてもストップランプSLの視認性を確保することができる。
ここで、ストップランプ導光体3においては、光出射面32から出射される光の方向は、ストップランプ導光体3の真直部軸Axに対する内面反射部36の角度θ2、あるいは屈曲部35の角度θ1、さらには光出射面32の角度θ3によって決定されることになる。したがって、これらの角度θ1と角度θ2、さらには角度θ3を適切に設計することで、LED14〜16の発光光軸Lxないしはストップランプ導光体3の真直部軸Axの方向に制約を受けることなく任意の方向に高い光度を有する配光で光を出射させることが可能になる。これにより、ストップランプ導光体3における設計の自由度が高められ、ストップランプ導光体3の設計・製造が容易なものになる。
また、このストップランプSLでは、前記したように光出射面32から出射される光の出射方向は、当該光出射面32の屈曲部軸Bxに対する角度にも依存するので、ストップランプ導光体3における屈曲部軸Bxに対する光出射面32の角度θ3を変更するだけで配光を変化させることができる。したがって、真直部34と屈曲部35および反射面部36が同一に構成されているストップランプ導光体の光出射面32の角度θ3を変更するだけでも、異なる配光のストップランプが構成できる。
ストップランプ導光体3の光入射面の第1の光学要素は、光源(LED)からの光の発散を抑える方向に屈折する機能を有していればよく、簡易な構成としては光を集光する集光要素であればよいので、例えば、図6(a)のようにフレネル構成のレンズ37Aで構成してもよい。また、図6(b)のように、導光体3とは別体の集光レンズ37Bを光入射面31に一体的に配設してもよい。あるいは、当該集光レンズ37Bを導光体3とは別体のまま光入射面31の光入射側位置に配設するようにしてもよい。
ストップランプ導光体3の光出射面32の第2の光学要素は、光出射面32から出射される光を所望の方向に偏向させる機能を有していればよく、簡易な構成としては光を屈折する光屈折要素であればよいので、図6(c)のように、導光体3とは別体に形成したプリズム38を光出射面32に一体的に配設してもよい。あるいは、当該プリズム38を導光体とは別体のまま光出射面32の光出射側位置に配設するようにしてもよい。
実施形態では光出射面32に光拡散ステップ33を設けているが、所定の方向にのみ光出射を行なえば良い場合には、光出射面32に光拡散ステップを設けなくてもよい。また、光拡散ステップが必要とされる場合には、光拡散ステップとしてシリンドリカルレンズを採用してもよい。あるいは、その他の構成の光拡散ステップ、あるいは光拡散層を採用してもよい。さらには、導光体と別体の光拡散要素を光出射面に配設してもよい。
本発明にかかる光源は、LEDに限られるものではなく、他の発光素子あるいはバルブ(電球)等の発光体であれば適用できる。
本発明にかかる導光体およびこれを備えるランプは実施形態のストップランプに限られるものではなく、光源の光を導光体の一方の端面に構成した光入射面から入射させ、他方の端面に構成した光出射面まで導光して出射させる構成のランプであれば適用できる。特に、光源の発光光軸の方向あるいは導光体の延長方向と、光を出射させる方向が相違する構成のランプに適用する場合に有効である。
また、実施形態のテール&ストップランプは、テールランプとストップランプを別ランプとして構成しているが、光源の光度を変化できるように構成することで、テールランプとストップランプを1つのランプとして構成してもよい。すなわち、実施形態の3個の導光体2,3,4をテールランプとして点灯するとともに、ストップランプの点灯時に光源の光度を高い状態で発光させるようにしたテール&ストップランプとして構成するようにしてもよい。
1 光源ユニット
2,4 テールランプ導光体
3 ストップランプ導光体
11〜19 光源(LED)
31 光入射面
32 光出射面(第2の光学要素)
33 光拡散ステップ
34 真直部
35 屈曲部
36 内面反射部
37,37A,37B 集光レンズ(第1の光学要素)
38 プリズム(第2の光学要素)
100 ランプハウジング
101 ランプボディ
102 正面カバー
T&SL テール&ストップランプ
RCL リアコンビネーションランプ
SL ストップランプ
TL テールランプ

Claims (5)

  1. 光源と、一方の端面が前記光源に対向配置された光入射面として構成され、当該光入射面から所定の方向に延長されて延長方向の他方の端面が光出射面として構成され、光入射面に入射された光を光出射面まで導光する導光体を備える車両用灯具であって、前記導光体は延長方向の中間部位において所要の角度で屈曲されるとともに、前記光入射面に入射された光を前記光出射面に向けて内面反射する内面反射部を備え、前記光入射面は前記光源から出射した光を発散を抑える方向に屈折して入射させる第1の光学要素を備え、前記光出射面は導光された光を所定の方向に向けて偏向する第2の光学要素を備えることを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記第1の光学要素は集光要素であり、前記第2の光学要素は光屈折要素である請求項1に記載の車両用灯具。
  3. 前記導光体は前記光入射面から直線に延長された真直部と、当該真直部に対して所要の角度で屈曲されて真直状態に延長された屈曲部とを備え、前記内面反射部は前記真直部と前記屈曲部との境界領域に形成され、前記真直部を導光される平行光束を平行光束のまま前記屈曲部に向けて反射する請求項1又は2に記載の車両用灯具。
  4. 前記導光体は、屈曲した位置が、前記内面反射部の光入射面側の端部位置よりも光出射面に近い位置に設定されている請求項3に記載の車両用灯具。
  5. 前記導光体は延長方向に垂直な断面形状が長方形であり、当該長方形の長辺に沿った側面において屈曲されている請求項1ないし4のいずれかに記載の車両用灯具。

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