JP2017228432A - 車両用灯具 - Google Patents

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Abstract

【課題】配光の光度ムラを抑制しつつ、より正確な配光制御を行うことができる車両用灯具を提供する。
【解決手段】複数の発光素子又は発光面を含む光源と、光源から出射された光を投影する投影レンズと、光源から出射された光の配光を調整する配光調整素子とを備え、配光調整素子は、複数の発光素子又は発光面が並ぶ方向に対応して、傾斜面の角度α,βが異なる複数のプリズム11,12と、少なくとも1つ又は複数の平坦面13a,13bとが並んで配置されたプリズム面9,10を有する。
【選択図】図4

Description

本発明は、車両用灯具に関する。
従来より、車両に搭載される車両用灯具として、複数の発光素子を含む光源と、光源から出射された光を投影する投影レンズとを備えたものがある(例えば、特許文献1,2を参照。)。その中でも、発光ダイオード(LED)などの発光素子を面内に複数並べて配置し、各発光素子の点灯を切り替えることによって、光の配光を可変に制御する配光可変ヘッドランプ(ADB)の開発が進められている。ADBは、車載カメラで前走車や対向車、歩行者などを認識し、前方のドライバーや歩行者に眩しさを与えることなく、夜間におけるドライバーの前方視界を拡大する技術である。
ところで、光源となる複数の発光素子を面内に並べて配置した場合、これらを隙間なく並べて配置することは非常に困難である。このため、従来の車両用灯具では、これら複数の発光素子を点灯させた場合、各発光素子の隙間に対応した暗部(光が照射されない領域)が生じることによって、投影レンズにより投影された光の配光(投影像)に光度ムラが発生してしまう。したがって、このような車両用灯具をヘッドランプや信号灯として使用した場合、運転者における視認性の低下や運転状況の誤認識などによって、運転時の安全性が損なわれるおそれがある。
このような課題を解決するため、上記特許文献2には、基板上に配列された多数の半導体光源を、光透過性を有するチップカバーで覆うと共に、このチップカバー内に光散乱性や光変換性を有する添加材料を充填した車両用灯具が開示されている。これにより、各半導体光源からの光が添加材料によって拡散されて、配光の光度ムラが抑制されるようになっている。
しかしながら、上記特許文献2に記載の車両用灯具では、添加材料による光の拡散を用いているため、その光の拡散度合いを制御することは困難である。したがって、このような車両用灯具をADBとして用いた場合には、点灯状態の半導体光源から出射された光が非点灯状態の半導体光源の光路中に入り込んでしまうため、正確な配光制御が阻害されるおそれがある。
特開2001−266620号公報 特表2006−522440号公報
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、配光の光度ムラを抑制しつつ、より正確な配光制御を行うことができる車両用灯具を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔1〕 複数の発光素子又は発光面を含む光源と、
前記光源から出射された光を投影する投影レンズと、
前記光源から出射された光の配光を調整する配光調整素子とを備え、
前記配光調整素子は、前記複数の発光素子又は発光面が並ぶ方向に対応して、傾斜面の角度が異なる複数のプリズムと、少なくとも1つ又は複数の平坦面とが並んで配置されたプリズム面を有することを特徴とする車両用灯具。
〔2〕 前記複数のプリズムは、第1の傾斜角で互いに逆向きに傾斜した一対の第1の傾斜面を有する第1のプリズムと、前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角で互いに逆向きに傾斜した一対の第2の傾斜面を有する第2のプリズムとを含むことを特徴とする前記〔1〕に記載の車両用灯具。
〔3〕 前記プリズム面には、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムと前記平坦面とが周期的又はランダムに並んで配置されていることを特徴とする前記〔2〕に記載の車両用灯具。
〔4〕 前記プリズム面には、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムとが交互に並んで配置され、
前記平坦面は、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムとの何れかの頂部側及び/又は底部側に配置されていることを特徴とする前記〔3〕に記載の車両用灯具。
〔5〕 前記複数の平坦面は、前記一対の第1の傾斜面の間に設けられた第1の平坦面と、前記一対の第2の傾斜面の間に設けられた第2の平坦面とを含むことを特徴とする前記〔4〕に記載の車両用灯具。
〔6〕 前記複数の平坦面は、互いに隣接する一方の前記第1の傾斜面と他方の前記第2の傾斜面との間に設けられた第1の平坦面と、互いに隣接する他方の前記第1の傾斜面と一方の前記第2の傾斜面との間に設けられた第2の平坦面とを含むことを特徴とする前記〔4〕に記載の車両用灯具。
〔7〕 前記プリズム面には、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムと前記平坦面とがそれぞれの領域毎に配置されていることを特徴とする前記〔2〕に記載の車両用灯具。
〔8〕 前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との比率が1:3又は1:2であることを特徴とする前記〔2〕〜〔7〕の何れか一項に記載の車両用灯具。
〔9〕 前記複数のプリズムが並ぶ方向における前記第1の傾斜面と前記第2の傾斜面と前記平坦面との存在比率が1:1:1であることを特徴とする前記〔8〕に記載の車両用灯具。
〔10〕 前記複数のプリズムは、前記第1の傾斜角及び前記第2の傾斜角とは異なる第3の傾斜角で互いに逆向きに傾斜した一対の第3の傾斜面を有する第3のプリズムを含むことを特徴とする前記〔2〕に記載の車両用灯具。
〔11〕 前記光源は、互いに交差する面内の第1の方向と第2の方向とにおいて、前記複数の発光素子又は発光面が並んで配置された構造を有し、
前記配光調整素子は、前記プリズム面として、互いに対向する一方の面に前記第1の方向に対応する第1のプリズム面と、他方の面に前記第2の方向に対応する第2のプリズム面とを有することを特徴とする前記〔1〕〜〔10〕の何れか一項に記載の車両用灯具。
〔12〕 前記投影レンズは、第1のレンズと第2のレンズとが並んで配置された構造を有し、
前記配光調整素子は、前記第1のレンズと前記第2のレンズとの間に配置されていることを特徴とする前記〔1〕〜〔11〕の何れか一項に記載の車両用灯具。
以上のように、本発明によれば、配光の光度ムラを抑制しつつ、より正確な配光制御を行うことができる車両用灯具を提供することが可能である。
本発明の一実施形態に係る車両用灯具の一構成例を示す断面図である。 図1に示す車両用灯具が備える光源の一例を示す斜視図である。 図1に示す車両用灯具が備える配光調整素子を示し、(a)はその前面側から見た斜視図、(b)はその後面側から見た斜視図、(c)は、その一部を切り欠いた斜視断面図である。 第1のプリズム面及び第2のプリズム面の構造を示す断面図である。 1つの発光素子が発する光の配光を配光調整素子により調整したときの光源像及びその光度分布を説明するための図である。 隣接する2つの発光素子が発する光の配光を配光調整素子により調整したときの光源像及びその光度分布を説明するための図である。 参考例となるプリズム面を示し、(a)はそのプリズム面の構成を示す断面図、(b)はそのプリズム面による光源像及びその光度分布を説明するための図である。 本実施形態の車両用灯具による投影像を説明するための図であり、(a)はその投影像を示す面内光度分布図、(b)はその(a)中に示す線分A−Aによる投影像の上下方向における断面光度分布図、(c)はその(a)中に示す線分B−Bによる投影像の左右方向における断面光度分布図である。 車両用灯具の各部寸法を示す断面図である。 比較例の車両用灯具による投影像を説明するための図であり、(a)はその投影像を示す面内光度分布図、(b)はその(a)中に示す線分A−Aによる投影像の上下方向における断面光度分布図、(c)はその(a)中に示す線分B−Bによる投影像の左右方向における断面光度分布図である。 第1のプリズム面及び第2のプリズム面の別の構造を示す断面図である。 プリズム面の別の構成例を示す断面図である。 プリズム面において、第1のプリズムと第2のプリズムと平坦面との配列を異ならせた構成例を示す断面図である。 プリズム面において、第1のプリズムと第2のプリズムと平坦面との配列を異ならせた構成例を示す断面図である。 プリズム面において、第1のプリズムと第2のプリズムと平坦面とがそれぞれの領域毎に配置された構成例を示す平面図である。 プリズム面において、第1のプリズムと第2のプリズムと平坦面との存在比率を異ならせた構成例を示す平面図である。 プリズム面において、更に第3のプリズムを追加した構成例を示す断面図である。 プリズム面において、平坦面の高さを同じとした構成例を示す断面図である。 実施例1の配光調整素子により調整された光の光源像及びその光度分布を示す図である。 実施例2の配光調整素子により調整された光の光源像及びその光度分布を示す図である。 実施例3の配光調整素子により調整された光の光源像及びその光度分布を示す図である。 実施例4の配光調整素子により調整された光の光源像及びその光度分布を示す図である。 実施例5の配光調整素子により調整された光の光源像及びその光度分布を示す図である。 実施例6の配光調整素子により調整された光の光源像及びその光度分布を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがあり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
先ず、本発明の一実施形態として、例えば図1に示す車両用灯具1について説明する。なお、図1は、車両用灯具1の一構成例を示す断面図である。また、以下に示す図面では、XYZ直交座標系を設定し、X軸方向を車両用灯具1の前後方向、Y軸方向を車両用灯具1の左右方向、Z軸方向を車両用灯具1の上下方向として、それぞれ示すものとする。
本実施形態の車両用灯具1は、車両の前方に搭載される車両用前照灯(ヘッドランプ)として、走行用ビームの配光を可変に制御する配光可変ヘッドランプ(ADB)に本発明を適用したものである。
具体的に、この車両用灯具1は、図1に示すように、光源2と、光源2から出射された光Lを投影する投影レンズ3と、光源2から出射された光Lの配光を調整する配光調整素子4とを概略備えている。
光源2は、複数の発光素子又は発光面を含むものであり、本実施形態では、光源2として、例えば図2に示すようなLEDアレイ光源が用いられている。なお、図2は、光源2の一例を示す斜視図である。
具体的に、この光源2は、図2に示すように、発光素子5となる複数(本例では6つ)のLEDが回路基板6の面上に実装された構造を有している。複数の発光素子5は、回路基板6の互いに直交する面内の左右方向(第1の方向)と上下方向(第2の方向)とにおいて、マトリックス状に並んで配置されている。
本実施形態では、各発光素子5の発光面5aが正方形状を有し、各発光素子5の発光面5aを前方(+X軸方向)に向けた状態で、左右方向(Y軸方向)に3つの発光素子5と、上下方向(Z軸方向)に2つの発光素子5とが、それぞれ等間隔に並んで配置されている。光源2では、各発光素子5の点灯を切り替えることによって、この光源2から出射される光Lの配光を可変に制御することが可能となっている。
投影レンズ3は、図1に示すように、光源2の前方に配置された第1のレンズ7と第2のレンズ8とを有している。第1のレンズ7と第2のレンズ8とは、互いの光学中心を光源2から出射された光Lの光軸Axと一致させた状態で、前後方向(X軸方向)に並んで配置されている。
本実施形態では、第1のレンズ7及び第2のレンズ8として、それぞれ後面が凹面、前面が凸面とされた凸レンズが用いられている。投影レンズ3は、これら2つの凸レンズを含む合成レンズからなり、光源2の中心と後面側の合成焦点とが一致するように配置されている。これにより、投影レンズ3では、光源2(複数の発光素子5)から出射された光Lを前方(+X軸方向)に向けて拡大して投影することができる。
配光調整素子4は、第1のレンズ7と第2のレンズ8との間に配置されている。また、配光調整素子4は、その光学中心を光源2から出射された光Lの光軸Axと一致させた状態で配置されている。
配光調整素子4は、図3(a)〜(c)に示すように、投影レンズ3に対応した円板形状を有している。配光調整素子4は、互いに対向する一方の面(前面)に第1のプリズム面9と、他方の面(後面)に第2のプリズム面10とを有している。なお、図3(a)は、配光調整素子4を後面側から見た斜視図である。図3(b)は、配光調整素子4を前面側から見た斜視図である。図3(c)は、配光調整素子4の一部を切り欠いた斜視断面図である。
このうち、第1のプリズム面9は、図3(a)に示すように、複数の発光素子5が並ぶ左右方向(第1の方向)に対応して、光源2から出射された光Lの左右方向における配光を調整するためのプリズム面を構成している。一方、第2のプリズム面10は、図3(b)に示すように、複数の発光素子5が並ぶ上下方向(第2の方向)に対応して、光源2から出射された光Lの上下方向における配光を調整するためのプリズム面を構成している。
また、第1のプリズム面9と第2のプリズム面10とは、図3(c)に示すように、光軸Axと直交する面内において、互いに直交する位置関係にある以外は同様の構成を有している。したがって、第1のプリズム面9及び第2のプリズム面10の具体的な構造については、図4にまとめて示すものとする。なお、図4は、第1のプリズム面9及び第2のプリズム面10の構造を示す断面図である。また、図4中の右側に第1のプリズム面9のXYZ直交座標系を示し、図4中の左側に第2のプリズム面10のXYZ直交座標系を示すものとする。
第1のプリズム面9は、図3(a)及び図4に示すように、第1のプリズム11と第2のプリズム12とが左右方向(Y軸方向)において交互に並んで配置された構造を有している。第1のプリズム11は、光軸Axと直交する面に対して第1の傾斜角αで互いに逆向きに傾斜した一対の第1の傾斜面11a,11bを有して、上下方向(Z軸方向)に延在して設けられている。第2のプリズム12は、第1の傾斜角αとは異なる第2の傾斜角β(>α)で互いに逆向きに傾斜した一対の第2の傾斜面12a,12bを有して、上下方向(Z軸方向)に延在して設けられている。
また、第1のプリズム面9は、一対の第1の傾斜面11a,11bの間に第1の平坦面13aと、一対の第2の傾斜面12a,12bの間に第2の平坦面13bとを有している。第1の平坦面13aは、第1の傾斜面11a,11bの間の頂部を切り欠くように設けられている。第2の平坦面13bは、第2の傾斜面12a,12bの間の頂部を切り欠くように設けられている。また、第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bは、光軸Axと直交する面と平行となるように、一定の幅で上下方向(Z軸方向)に延在して設けられている。
第2のプリズム面10は、図3(b)及び図4に示すように、第1のプリズム11と第2のプリズム12とが上下方向(Z軸方向)において交互に並んで配置された構造を有している。第1のプリズム11は、光軸Axと直交する面に対して第1の傾斜角αで互いに逆向きに傾斜した一対の第1の傾斜面11a,11bを有して、左右方向(Y軸方向)に延在して設けられている。第2のプリズム12は、第1の傾斜角αとは異なる第2の傾斜角β(>α)で互いに逆向きに傾斜した一対の第2の傾斜面12a,12bを有して、左右方向(Y軸方向)に延在して設けられている。
また、第2のプリズム面10は、一対の第1の傾斜面11a,11bの間に第1の平坦面13aと、一対の第2の傾斜面12a,12bの間に第2の平坦面13bとを有している。第1の平坦面13aは、第1の傾斜面11a,11bの間の頂部を切り欠くように設けられている。第2の平坦面13bは、第2の傾斜面12a,12bの間の頂部を切り欠くように設けられている。また、第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bは、光軸Axと直交する面と平行となるように、一定の幅で左右方向(Y軸方向)に延在して設けられている。
第1のプリズム面9及び第2のプリズム面10では、第1の傾斜角αと第2の傾斜角βとの比率が1:3又は1:2であることが好ましい。さらに、第1のプリズム11と第2のプリズム12とが並ぶ方向における第1の傾斜面11a,11bの幅W1と、第2の傾斜面12a,12bの幅W2と、第1の平坦面13aの幅W3及び第2の平坦面13bの幅W4の合計(W3+W4)との比率が1:1:1であることが好ましい。
すなわち、第1のプリズム面9及び第2のプリズム面10では、第1のプリズム11と第2のプリズム12とが並ぶ方向における第1の傾斜面11a,11bと第2の傾斜面12a,12bと第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bとの存在比率が1:1:1であることが好ましい。
また、第1のプリズム面9及び第2のプリズム面10では、第1の平坦面13aの幅W3と第2の平坦面13bの幅W4との比率が1:1〜1:3であることが好ましい。第1の平坦面13aの幅W3と第2の平坦面13bの幅W4との比率が1:1である場合、第1の平坦面13aの高さH1と第2の平坦面13bの高さH2との比率は、1:3となる。一方、第1の平坦面13aの幅W3と第2の平坦面13bの幅W4との比率が1:3である場合、第1の平坦面13aの高さH1と第2の平坦面13bの高さH2との比率は、1:1となる。
なお、本実施形態では、第1の傾斜角αと第2の傾斜角βとの比率が1:3であり、なお且つ、第1のプリズム11と第2のプリズム12とが並ぶ方向における第1の傾斜面11a,11bの幅W1と、第2の傾斜面12a,12bの幅W2と、第1の平坦面13aの幅W3及び第2の平坦面13bの幅W4の合計(W3+W4)との比率が1:1:1である。また、第1の平坦面13aの幅W3と第2の平坦面13bの幅W4との比率が1:1である。
なお、光源2において、各発光素子5が発する光の光度分布は、その中央と両端との間で差のない、いわゆるトップハット形状となるのが理想的であるが、実施はその中央が両端よりも高くなる光度分布となるため、上述したプリズム11,12の傾斜角α,βや、傾斜面11a,11b,12a,12bの幅W1,W2、平坦面13a,13bの幅W3,W4等については、このような発光素子5が発する光の光度分布や発光素子5の間隔等を考慮して、適宜調整することが望ましく、上述した各部の比率に必ずしも限定されるものではない。
以上のような構成を有する車両用灯具1では、光源2から出射された光Lの左右方向(Y軸方向)における配光を配光調整素子4の第1のプリズム面9により調整し、光源2から出射された光Lの上下方向(Z軸方向)における配光を配光調整素子4の第2のプリズム面10により調整する。そして、この配光が調整された光Lを投影レンズ3により車両進行方向(+X軸方向)に向けて拡大して投影する。
ここで、配光調整素子4による光の配光調整について、図5及び図6を参照して説明する。なお、図5は、1つの発光素子5が発する光の配光を配光調整素子4により調整したときの光源像及びその光度分布を説明するための図である。図6は、隣接する2つの発光素子5が発する光の配光を配光調整素子4により調整したときの光源像及びその光度分布を説明するための図である。
また、以下の説明において、第1のプリズム面9と第2のプリズム面10とは、上述した配光を調整する方向が異なる以外は同様の配光調整を行うことから、これらプリズム面9,10による光Lの配光調整をまとめて説明するものとする。
本実施形態の配光調整素子4は、複数の発光素子5が発する光Lがプリズム面9,10に入射することによって、これらプリズム面9,10に入射した光Lを第1のプリズム11及び第2のプリズム12により屈折させながら、各発光素子5が発する光Lの光源像を発光素子5が並ぶ方向(左右方向及び上下方向)に拡げる機能を有している。
具体的に、図5に示すように、1つの発光素子5が発する光の光源像Mは、発光面5aに対応した正方形状を有している。この場合、プリズム面9,10に入射した光のうち、第1のプリズム11に入射した光は、一対の第1の傾斜面11a,11bにより互いに逆向きに屈折しながら、第1の傾斜角αに応じた距離だけシフトした位置に、2つに分離された光源像M1を形成する。また、第1の平坦面13aに入射した光は、2つの光源像M1の間に位置する光源像M2を形成する。
一方、第2のプリズム12に入射した光は、一対の第2の傾斜面12a,12bにより互いに逆向きに屈折しながら、第2の傾斜角βに応じた距離だけシフトした位置に、2つに分離された光源像M3を形成する。また、第2の平坦面13bに入射した光は、2つの光源像M3の間に位置する光源像M4を形成する。
したがって、プリズム面9,10から出射された光は、これらの光源像M1〜M4が重畳(合成)されることによって、プリズム面9,10に入射する前の光源像Mよりも発光素子5が並ぶ方向(左右方向及び上下方向)に拡げられた光源像M5を形成する。また、この光源像M5の光度分布は、図5に示すグラフのとおりである。
ここで、参考例となるプリズム面と、そのプリズム面による光源像及びその光度分布を図7(a),(b)に示す。なお、図7(a)は、参考例となるプリズム面の構成を示す断面図である。図7(b)は、参考例となるプリズム面による光源像及びその光度分布を説明するための図である。
図7(a)に示すプリズム面は、上記プリズム面9,10の構成のうち、第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bを省略した構成である。この構成の場合、図7(b)に示すように、第1のプリズム11に入射した光は、一対の第1の傾斜面13a,13bにより互いに逆向きに屈折しながら、第1の傾斜角αに応じた距離だけシフトした位置に、2つに分離された光源像M1’を形成する。
一方、第2のプリズム12に入射した光は、一対の第2の傾斜面12a,12bにより互いに逆向きに屈折しながら、第2の傾斜角βに応じた距離だけシフトした位置に、2つに分離された光源像M3’を形成する。
したがって、図7(a)に示すプリズム面から出射された光は、これらの光源像M1’,M3’が重畳(合成)されることによって、光源像M5’を形成する。また、この光源像M5’の光度分布は、図7(b)に示すグラフのとおりである。
図7(b)に示す光源像M5’の光度分布では、第1のプリズム11による光源像M1’と第2のプリズム12による光源像M3’との間で光度の低下が生じている。これに対して、図5に示す光源像M5の光度分布では、第1のプリズム11による光源像M1と第2のプリズム12による光源像M3との間で、第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bによる光源像M2,M4が重畳されることによって、光度が均一化されている。
次に、図6に示すように、隣接する2つの発光素子5が発する光の光源像Mは、隙間を挟んで並んで形成されている。この場合、プリズム面9,10から出射された光は、隣接する発光素子5に対応した光源像M5が重畳(合成)されることによって、光源像M6を形成する。また、この光源像M6の光度分布は、図6に示すグラフのとおりである。
図6に示す光源像M6の光度分布では、隣接する発光素子5に対応した光源像M5が、その間で重なり合うことによって、隣接する発光素子5の隙間に対応した暗部(光が照射されない領域)が解消され、光度が均一化されている。
次に、本実施形態の車両用灯具1について、シミュレーションにより投影レンズ3に正対した仮想鉛直スクリーンに対して、投影レンズ3の前方に照射される光Lを投影したときの投影像(配光パターン)を図8(a)〜(c)に示す。
なお、図8(a)は、仮想鉛直スクリーンの面上に形成された投影像を示す面内光度分布図である。図8(b)は、図8(a)中に示す線分A−Aによる投影像の上下方向における断面光度分布図である。図8(c)は、図8(a)中に示す線分B−Bによる投影像の左右方向における断面光度分布図である。
また、仮想鉛直スクリーンは、第2のレンズ8の前面(出射面)から約25m前方に配置されている。なお、投影レンズ3は、第2のレンズ8の前面(出射面)から約25m前方に像側の合成焦点を有している。
本実施形態では、発光素子5として、約0.6mm角の大きさで200lmの白色光を発する白色LEDチップを使用している。また、左右方向及び上下方向において隣り合う発光素子5の間隔は、約0.9mmである。
また、本実施形態では、図9に示すように、車両用灯具1の各部寸法(単位:mm)を設定している。なお、図9は、車両用灯具1の各部寸法を示す断面図である。また、第1のレンズ7及び第2のレンズ8は、屈折率nが1.5168であり、下記表1に示すような諸元の凸レンズである。また、配光調整素子4は、屈折率nが1.4918であり、下記表2に示すような諸元の第1のプリズム面9及び第2のプリズム面10を有している。
Figure 2017228432
Figure 2017228432
一方、比較例として、上記車両用灯具1の構成から配光調整素子4を省略した車両用灯具について、シミュレーションにより投影レンズ3の前方に照射される光Lを投影したときの投影像(配光パターン)を図10(a)〜(c)に示す。なお、図10(a)〜(c)は、図8(a)〜(c)と同様の表記である。
比較例の車両用灯具では、図10(a)〜(c)に示すように、各発光素子5に対応した光源像の間に、各発光素子5の隙間に対応した暗部(光が照射されない領域)が生じることによって、投影レンズ3により投影された光の配光(投影像)に光度ムラが発生していることがわかる。
これに対して、本実施形態の車両用灯具1では、図8(a)〜(c)に示すように、各発光素子5の隙間に対応した暗部(光が照射されない領域)が解消され、左右方向及び上下方向における光度がより均一化されていることがわかる。
以上のように、本実施形態の車両用灯具1では、配光調整素子4の第1のプリズム面9及び第2のプリズム面10が、各発光素子5が発する光Lの光源像を発光素子5が並ぶ方向(左右方向及び上下方向)に拡げることで、複数の発光素子5を並べて配置した場合の光度ムラの発生を抑制することが可能である。
また、本実施形態の車両用灯具1では、配光調整素子4を構成する第1のプリズム面9及び第2のプリズム面10の各種パラメータ(幅や角度(シフト量)、それらの比率など。)を調整することで、より正確な配光制御を行うことが可能である。
特に、第1の傾斜角αと第2の傾斜角βとの比率を1:3とし、なお且つ、第1のプリズム11と第2のプリズム12とが並ぶ方向における第1の傾斜面11a,11bの幅W1と、第2の傾斜面12a,12bの幅W2と、第1の平坦面13aの幅W3及び第2の平坦面13bの幅W4の合計(W3+W4)との比率を1:1:1とした場合には、各発光素子5の隙間に対応した暗部(光が照射されない領域)を解消し、光の配光をより均一化することが可能である。
なお、本実施形態では、上述した第1の傾斜角αと第2の傾斜角βとの比率や、第1の傾斜面11a,11bの幅W1と、第2の傾斜面12a,12bの幅W2と、第1の平坦面13aの幅W3及び第2の平坦面13bの幅W4の合計(W3+W4)との比率に、必ずしも限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。これにより、光の配光を均一化するだけでなく、光の配光を変化させることも可能である。
また、第1の平坦面13a第2の平坦面13bの幅W3,W4については、上述した第1の傾斜角αと第2の傾斜角βとの比率や、第1の傾斜面11a,11bのW1と第2の傾斜面12a,12bの幅W2との比率に応じて、適宜調整することができる。さらに、各発光素子5が発する光の拡散度合いや、各発光素子5の隙間の大きさなどによっても、その幅W3,W4を適宜調整することができる。これにより、上述した第1のプリズム11による光源像M1と第2のプリズム12による光源像M3との間で、第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bによる光源像M2,M4が重畳される度合い(光度)を調整することができる。
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。また、以下の説明では、上記車両用灯具1と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
具体的に、本実施形態の車両用灯具1では、例えば図11に示すように、上記配光調整素子4が備える第1のプリズム面9及び第2のプリズム面10の構造を変更することが可能である。なお、図11は、第1のプリズム面9及び第2のプリズム面10の別の構造を示す断面図である。また、図11中の右側に第1のプリズム面9のXYZ直交座標系を示し、図11中の左側に第2のプリズム面10のXYZ直交座標系を示すものとする。
図11に示す構成では、上記プリズム面9,10の構成のうち、上記第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bの代わりに、互いに隣接する一方の第1の傾斜面11aと他方の第2の傾斜面12bとの間に第1の平坦面13cと、互いに隣接する他方の第1の傾斜面11bと一方の第2の傾斜面12aとの間に第2の平坦面13dとを有している。
すなわち、第1の平坦面13cは、一方の第1の傾斜面11aと他方の第2の傾斜面12bとの間の底部を切り欠くように設けられている。第2の平坦面13dは、他方の第1の傾斜面11bと一方の第2の傾斜面12aとの間の底部を切り欠くように設けられている。
この構成の場合も、上記図4に示す場合と同様に、複数の発光素子5が発する光Lがプリズム面9,10に入射することによって、これらプリズム面9,10に入射した光Lを屈折させながら、各発光素子5が発する光Lの光源像を発光素子5が並ぶ方向(左右方向及び上下方向)に拡げることができる。また、各発光素子5の隙間に対応した暗部(光が照射されない領域)を解消し、左右方向及び上下方向における光度をより均一化することが可能である。したがって、この構成の場合も、複数の発光素子5を並べて配置した場合の光度ムラの発生を抑制しつつ、より正確な配光制御を行うことが可能である。
また、上記プリズム面9,10では、上述した図4に示す第1のプリズム11と第2のプリズム12との両方の頂部側に第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bが配置された構成や、図11に示す第1のプリズム11と第2のプリズム12との両方の底部側に第1の平坦面13c及び第2の平坦面13dが配置された構成に必ずしも限定されるものでない。
すなわち、上記プリズム面9,10では、例えば、図12(a)〜(c)に示すように、第1のプリズム11と第2のプリズム12との何れかの頂部側又は底部側に平坦面13が配置された構成や、図12(d)〜(f)に示すように、第1のプリズム11と第2のプリズム12との何れかの頂部側及び底部側に平坦面13が配置された構成とすることも可能である。
また、上記プリズム面9,10では、上述した第1のプリズム11(第1の傾斜面11a,11b)と、第2のプリズム12(第2の傾斜面12a,12b)と、平坦面13(第1の平坦面13a,13c及び第2の平坦面13b,13d)とが交互に並んで配置された構成に必ずしも限定されるものではない。すなわち、上記プリズム面9,10では、第1のプリズム11と第2のプリズム12と平坦面13とが周期的又はランダムに並んで配置された構成であればよく、その並ぶ順序については適宜変更することが可能である。
上記プリズム面9,10において、このような第1のプリズム11と第2のプリズム12と平坦面13との配列を異ならせた例を図13(a)〜(j)及び図14(a)〜(i)に示す。
さらに、上記プリズム面9,10では、上述した第1のプリズム11と第2のプリズム12と平坦面13とが周期的又はランダムに並んで配置された構成に必ずしも限定されるものではなく、例えば図15(a)〜(d)に示すように、第1のプリズム11と第2のプリズム12と平坦面13とがそれぞれの領域A〜C毎に配置された構成とすることも可能である。
なお、図15(a)〜(d)では、上記プリズム面9,10の面内において、第1のプリズム11が配置された領域Aと、第2のプリズム12が配置された領域Bと、平坦面13が配置された領域Cとの分布の違いを模式的に表している。
さらに、上記プリズム面9,10では、上述した第1のプリズム11と第2のプリズム12と平坦面13とが並んで配置された構成において、例えば図16に示すように、それぞれの存在比率を異ならせることも可能である。
なお、図16では、第1のプリズム11と第2のプリズム12と平坦面13とが並んで配置された構成において、矢印の方向に向かって、第1のプリズム11と第2のプリズム12と平坦面13との分布(存在比率)を異ならせた場合を模式的に表している。すなわち、図16に示す構成では、矢印の方向に並んで配置された第1のプリズム11と第2のプリズム12と平坦面13とのうち、何れかの存在比率を矢印の方向に向けて高くしたり、低くしたりすることが可能である。
また、上記プリズム面9,10では、上述した傾斜面の角度が異なる2つのプリズム(第1のプリズム11及び第2のプリズム12)が配置された構成に限らず、傾斜面の角度が異なる複数(3つ以上)のプリズムを有した構成とすることも可能である。したがって、例えば図17に示すように、上記第1のプリズム11及び第2のプリズム12の他に、第1の傾斜角α及び第2の傾斜角βとは異なる第3の傾斜角γで互いに逆向きに傾斜した一対の第3の傾斜面14a,14bを有する第3のプリズム14を含む構成とすることも可能である。
また、上記プリズム面9,10では、上述した2つの第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bが配置された構成に限らず、幅や高さの異なる複数(3つ以上)の平坦面13が配置された構成とすることも可能である。さらに、複数の平坦面13が連続して形成されることで、1つの平坦面13を構成することも可能である。
また、上記プリズム面9,10では、図18に示すように、第1のプリズム11の第1の傾斜角αよりも大きい第2の傾斜角βを有する第2のプリズム12を分割することで、第1の傾斜面11a,11bと第2の傾斜面12a,12bとの存在比率と、第1の平坦面13aと第2の平坦面13bとの存在比率を同じとしたまま、各プリズム11,12(各平坦面13a,13b)の高さH1,H2を同じとした構成とすることも可能である。
例えば図18に示す構成では、第1の傾斜角αと第2の傾斜角βとの比率が1:3である場合、第2のプリズム12を3分割して、第1のプリズム11と第2のプリズム12との数の比率を1:3とする。これにより、第1の傾斜面11a,11bの幅W1と第2の傾斜面12a,12bの幅W2との比率が3:1となり、第1の平坦面13aの幅W3と第2の平坦面13bの幅W4との比率が3:1となるが、第1の傾斜面11a,11bと第2の傾斜面12a,12bとの存在比率(幅×数)と、第1の平坦面13aと第2の平坦面13bとの存在比率(幅×数)とを、それぞれ1:1(同じ存在比率)としたまま、第1の平坦面13aの高さH1と第2の平坦面13bの高さH2との比率を1:1(同じ高さ)とすることが可能である。
上記プリズム面9,10において、上述した各プリズム11,12と平坦面13とを通過する光の光量は、これらの存在比率に比例する。なお、本発明で言う存在比率とは、各面を通過する光の光度と、これら各面を通過する光を光軸に直交した面に投影したときの面積との積により求められる値を言う。したがって、光源2から出射された光Lの配光を調整する場合は、上述したように各プリズム11,12や平坦面13の配置(配列)よりも、各プリズム11,12の傾斜面の角度及び各面の存在比率を調整することが重要となる。
なお、上記光源2は、発光素子5としてLEDを用いた構成となっているが、LED以外にも、レーザーダイオード(LD)などの発光素子を用いてもよい。また、上記光源2は、複数の発光素子5を含む構成に限らず、複数の発光面を含む構成であってもよい。すなわち、上記光源2として、互いに直交する面内の左右方向(第1の方向)と上下方向(第2の方向)とにおいて、複数の発光面5aがマトリックス状に並んで配置されたLEDアレイ素子を用いることも可能である。
また、上記複数の発光素子5又は発光面5aは、上述した左右方向(第1の方向)と上下方向(第2の方向)とにマトリックス状に並んで配置された構成に限らず、何れか一方の方向にのみ並んで配置された構成であってもよい。この場合、上記配光調整素子4については、複数の発光素子5又は発光面5aが並ぶ方向に対応した一方のプリズム面9,10のみを有した構成とすればよい。さらに、上記複数の発光素子5又は発光面5aは、互いに直交する方向に限らず、互いに交差する面内の2方向に並んで配置された構成であってもよい。この場合も、上記配光調整素子4については、複数の発光素子5又は発光面5aが並ぶ方向に対応するように、プリズム面9,10の向きを設定すればよい。
また、上記投影レンズ3は、上述した2つのレンズ7,8により構成された場合に限らず、1つのレンズにより構成することも可能である。また、3つ以上のレンズにより構成することも可能である。
また、上記配光調整素子4は、後面に第1のプリズム面9、前面に第2のプリズム面10が配置された構成となっているが、後面に第2のプリズム面10、前面に第1のプリズム面9が配置された構成とすることも可能である。さらに、第1のプリズム面9を有する第1の配光調整素子と、第2のプリズム面10を有する第2の配光調整素子とに分割された構成とすることも可能である。
また、上記配光調整素子4は、上述した第1のレンズ7と第2のレンズ8との間に配置された構成に限らず、光源2と投影レンズ3との間の光路中に配置されていればよい。但し、上記配光調整素子4の配置については、光源2から出射された光Lが平行光となる位置に配置することが好ましい。また、第1の配光調整素子及び第2の配光調整素子についても同様である。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
本実施例では、上記配光調整素子4による光の配光調整について、図19〜図24に示す実施例1〜6のように、第1の傾斜角αと第2の傾斜角βとの比率を変更し、第1のプリズム11及び第2のプリズムによる光源像M1,M2のシフト量を変化させたときの光源像及びその光度分布を求めた。
(実施例1)
実施例1の配光調整素子により調整された光の光源像及びその光度分布を図19に示す。
実施例1は、図19に示すように、上記図4に示す構成において、第1の傾斜角αと第2の傾斜角βとの比率を1:2に変更し、第1のプリズム11の第2の傾斜角αに応じた光源像M1のシフト量dを、第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bによる光源像M2,M4の幅dの1/4倍(d/4)とした場合である。この場合、第2のプリズム12の第2の傾斜角βに応じた光源像M3のシフト量dは、光源像M1のシフト量dの2倍(2d=d/2)となる。
したがって、実施例1において、これらの光源像M1〜M4を合成した光源像M5は、中央から両端に向かって光度が段階的(階段状)に低下する光度分布となる。このように、実施例1では、光源像Mをシフトさせた方向に光度が滑らかに変化する投影像M5が得られる。
(実施例2)
実施例2の配光調整素子により調整された光の光源像及びその光度分布を図20に示す。
実施例2は、図20に示すように、上記図4に示す構成において、第1の傾斜角αと第2の傾斜角βとの比率を1:2に変更し、第1のプリズム11の第2の傾斜角αに応じた光源像M1のシフト量dを、第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bによる光源像M2,M4の幅dの1/3倍(d/3)とした場合である。この場合、第2のプリズム12の第2の傾斜角βに応じた光源像M3のシフト量dは、光源像M1のシフト量dの2倍(2d=2d/3)となる。
したがって、実施例2において、これらの光源像M1〜M4を合成した光源像M5は、中央から両端に向かって光度が段階的に低下する光度分布となるが、実施例1よりも中央の光度が平坦且つ両端に向かって光度の変化が緩やかとなっている。このように、実施例2では、光源像Mをシフトさせた方向に光度が滑らかに変化する投影像M5が得られる。
(実施例3)
実施例3の配光調整素子により調整された光の光源像及びその光度分布を図21に示す。
実施例3は、図21に示すように、上記図4に示す構成において、第1の傾斜角αと第2の傾斜角βとの比率を1:2に変更し、第1のプリズム11の第2の傾斜角αに応じた光源像M1のシフト量dを、第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bによる光源像M2,M4の幅dの1/2倍(d/2)とした場合である。この場合、第2のプリズム12の第2の傾斜角βに応じた光源像M3のシフト量dは、光源像M1のシフト量dの2倍(2d=d)となる。
したがって、実施例3において、これらの光源像M1〜M4を合成した光源像M5は、光源像Mをシフトさせた方向に光度がより均一化された光度分布となる。この場合、隣接する発光素子5に対応した光源像M5が重なり合うことで、隣接する発光素子5の隙間に対応した暗部(光が照射されない領域)が解消され、光度を均一化することができる。
(実施例4)
実施例4の配光調整素子により調整された光の光源像及びその光度分布を図22に示す。
実施例4は、図22に示すように、上記図4に示す構成において、第1の傾斜角αと第2の傾斜角βとの比率を1:2に変更し、第1のプリズム11の第2の傾斜角αに応じた光源像M1のシフト量dを、第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bによる光源像M2,M4の幅dの2/3倍(2d/3)とした場合である。この場合、第2のプリズム12の第2の傾斜角βに応じた光源像M3のシフト量dは、光源像M1のシフト量dの2倍(2d=4d/3)となる。
したがって、実施例4において、これらの光源像M1〜M4を合成した光源像M5は、光源像Mをシフトさせた方向に光度が均一化されるものの、光度が高い位置と光度が低い位置とが周期的に並ぶ光度分布となる。但し、発光素子5が実際に発する光の輝度が中央よりも両端で低くなる場合には、均一な光度分布を得ることが可能である。
(実施例5)
実施例5の配光調整素子により調整された光の光源像及びその光度分布を図23に示す。
実施例5は、図23に示すように、上記図4に示す構成において、第1の傾斜角αと第2の傾斜角βとの比率を1:3に変更し、第1のプリズム11の第2の傾斜角αに応じた光源像M1のシフト量dを、第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bによる光源像M2,M4の幅dの1/3倍(d/3)とした場合である。この場合、第2のプリズム12の第2の傾斜角βに応じた光源像M3のシフト量d10は、光源像M1のシフト量dの3倍(3d=d)となる。
したがって、実施例5において、これらの光源像M1〜M4を合成した光源像M5は、中央から両端に向かって光度が段階的に低下する光度分布となるが、実施例1よりも光度の変化が緩やかとなっている。このように、実施例5では、光源像Mをシフトさせた方向に光度が滑らかに変化する投影像M5が得られる。
(実施例6)
実施例6の配光調整素子により調整された光の光源像及びその光度分布を図24に示す。
実施例6は、図24に示すように、上記図4に示す構成において、第1の傾斜角αと第2の傾斜角βとの比率を1:3に変更し、第1のプリズム11の第2の傾斜角αに応じた光源像M1のシフト量d11を、第1の平坦面13a及び第2の平坦面13bによる光源像M2,M4の幅dの1/2倍(d/2)とした場合である。この場合、第2のプリズム12の第2の傾斜角βに応じた光源像M3のシフト量d12は、光源像M1のシフト量d11の3倍(3d11=3d/2)となる。
したがって、実施例6において、これらの光源像M1〜M4を合成した光源像M5は、中央から両端に向かって光度が段階的に低下する光度分布となるが、実施例5よりも更に光度の変化が緩やかとなっている。このように、実施例6では、光源像Mをシフトさせた方向に光度が滑らかに変化する投影像M5が得られる。
以上のように、本発明によれば、配光調整素子4を構成する第1のプリズム面9及び第2のプリズム面10の各種パラメータ(幅や角度(シフト量)、それらの比率など。)を調整することで、光の配光を均一化するだけでなく、光の配光を変化させることが可能である。
なお、上記実施例1〜6では、何れも1つの発光素子が発する光の配光を配光調整素子により調整したときの光源像及びその光度分布を示しており、1つの光源像で見た場合には、光の配光が均一化されていないように見える。しかしながら、隣接する発光素子に対応した光源像を重畳(合成)して得られる光源像及びその光度分布については、上記図8に示す場合と同様に、隣接する発光素子に対応した光源像が、その間で重なり合うことによって、隣接する発光素子の隙間に対応した暗部(光が照射されない領域)が解消され、より均一(平滑)化された光度分布を得ることが可能である。
1…車両用灯具 2…光源 3…投影レンズ 4…配光調整素子 5…発光素子 6…回路基板 7…第1のレンズ 8…第2のレンズ 9…第1のプリズム面 10…第2のプリズム面 11…第1のプリズム 11a,11b…第1の傾斜面 12…第2のプリズム 12a,12b…第2の傾斜面 13…平坦面 13a,13c…第1の平坦面 13b,13d…第2の平坦面 14…第3のプリズム 14a,14b…第3の傾斜面

Claims (12)

  1. 複数の発光素子又は発光面を含む光源と、
    前記光源から出射された光を投影する投影レンズと、
    前記光源から出射された光の配光を調整する配光調整素子とを備え、
    前記配光調整素子は、前記複数の発光素子又は発光面が並ぶ方向に対応して、傾斜面の角度が異なる複数のプリズムと、少なくとも1つ又は複数の平坦面とが並んで配置されたプリズム面を有することを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記複数のプリズムは、第1の傾斜角で互いに逆向きに傾斜した一対の第1の傾斜面を有する第1のプリズムと、前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角で互いに逆向きに傾斜した一対の第2の傾斜面を有する第2のプリズムとを含むことを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
  3. 前記プリズム面には、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムと前記平坦面とが周期的又はランダムに並んで配置されていることを特徴とする請求項2に記載の車両用灯具。
  4. 前記プリズム面には、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムとが交互に並んで配置され、
    前記平坦面は、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムとの何れかの頂部側及び/又は底部側に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の車両用灯具。
  5. 前記複数の平坦面は、前記一対の第1の傾斜面の間に設けられた第1の平坦面と、前記一対の第2の傾斜面の間に設けられた第2の平坦面とを含むことを特徴とする請求項4に記載の車両用灯具。
  6. 前記複数の平坦面は、互いに隣接する一方の前記第1の傾斜面と他方の前記第2の傾斜面との間に設けられた第1の平坦面と、互いに隣接する他方の前記第1の傾斜面と一方の前記第2の傾斜面との間に設けられた第2の平坦面とを含むことを特徴とする請求項4に記載の車両用灯具。
  7. 前記プリズム面には、前記第1のプリズムと前記第2のプリズムと前記平坦面とがそれぞれの領域毎に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の車両用灯具。
  8. 前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との比率が1:3又は1:2であることを特徴とする請求項2〜7の何れか一項に記載の車両用灯具。
  9. 前記複数のプリズムが並ぶ方向における前記第1の傾斜面と前記第2の傾斜面と前記平坦面との存在比率が1:1:1であることを特徴とする請求項8に記載の車両用灯具。
  10. 前記複数のプリズムは、前記第1の傾斜角及び前記第2の傾斜角とは異なる第3の傾斜角で互いに逆向きに傾斜した一対の第3の傾斜面を有する第3のプリズムを含むことを特徴とする請求項2に記載の車両用灯具。
  11. 前記光源は、互いに交差する面内の第1の方向と第2の方向とにおいて、前記複数の発光素子又は発光面が並んで配置された構造を有し、
    前記配光調整素子は、前記プリズム面として、互いに対向する一方の面に前記第1の方向に対応する第1のプリズム面と、他方の面に前記第2の方向に対応する第2のプリズム面とを有することを特徴とする請求項1〜10の何れか一項に記載の車両用灯具。
  12. 前記投影レンズは、第1のレンズと第2のレンズとが並んで配置された構造を有し、
    前記配光調整素子は、前記第1のレンズと前記第2のレンズとの間に配置されていることを特徴とする請求項1〜11の何れか一項に記載の車両用灯具。
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