JP2018120731A - 車両用灯具及び投影レンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】非光学面での内面反射に起因して投影レンズ表面から制御できない光が出射されるのを抑制することができる車両用灯具等を提供する。【解決手段】投影レンズ20と、前記投影レンズ20の後方に配置された光源30と、を備えた車両用灯具10において、前記投影レンズ20は、前記光源30からの光が入射する裏面21と、前記光源30からの光が出射する、正面視でN(Nは、3以上の整数)角形の表面22と、前記裏面21と前記表面22との間に前記N角形の各辺に対応して設けられたN個の勾配面23と、を含み、前記N個の勾配面23の勾配は、それぞれ、前記裏面21から前記投影レンズ20に入射し、当該勾配面23で内面反射される前記光源30からの光が前記表面22から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されていることを特徴とする。【選択図】 図3
Description
本発明は、車両用灯具及び投影レンズに関し、特に、非光学面での内面反射に起因して投影レンズ表面から制御できない光が出射されるのを抑制することができる車両用灯具及び投影レンズに関する。
従来、車両用灯具の分野においては、正面視で外形が円形の投影レンズを用いた車両用灯具が知られている(例えば、特許文献1(図1等)参照)。
これに対して、本発明者は、上下左右がカットされた正面視で外形が矩形の投影レンズを用いた車両用灯具を検討した。
しかしながら、上下左右がカットされた正面視で外形が矩形の投影レンズを用いた車両用灯具においては、次の課題がある。
すなわち、上下左右がカットされた正面視で外形が矩形の投影レンズにおいては、その投影レンズの形状を成立させるために、当該投影レンズの裏面(光学面)と表面(光学面)との間に矩形の各辺に対応して非光学面(光学的機能を持たないつなぎの面)を設けなければならず、その結果、裏面から投影レンズ内部に入射した光源からの光が、投影レンズ内部(非光学面等)で内面反射(全反射)を繰り返し、表面から制御できない光となって出射してしまう、という課題がある。投影レンズ表面から出射する制御できない光は、路面ムラ等の原因となったり、漏れ光となり、車両用灯具内の他の構成部品に当たり見栄えを損ねたりする要因となるため、その抑制が求められる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、非光学面での内面反射に起因して投影レンズ表面から制御できない光が出射されるのを抑制することができる車両用灯具及び投影レンズ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、本発明の一つの側面は、投影レンズと、前記投影レンズの後方に配置された光源と、を備えた車両用灯具において、前記投影レンズは、前記光源からの光が入射する裏面と、前記光源からの光が出射する、正面視でN(Nは、3以上の整数)角形の表面と、前記裏面と前記表面との間に前記N角形の各辺に対応して設けられたN個の勾配面と、を含み、前記N個の勾配面の勾配は、それぞれ、前記裏面から前記投影レンズに入射し、当該勾配面で内面反射される前記光源からの光が前記表面から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されていることを特徴とする。
この側面によれば、非光学面での内面反射に起因して投影レンズ表面から制御できない光が出射されるのを抑制することができる車両用灯具を提供することができる。
これは、N個の勾配面(非光学面)の勾配が、それぞれ、裏面から投影レンズに入射し、当該勾配面で内面反射される前記光源からの光が前記表面から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されていることによるものである。
また、上記発明において、好ましい態様は、前記投影レンズは、さらに、前記N個の勾配面と前記表面との間に前記N角形の各辺に対応して設けられたN個の付加勾配面を含むことを特徴とする。
また、上記発明において、好ましい態様は、前記N個の付加勾配面の勾配は、前記N個の勾配面の勾配より小さいことを特徴とする。
また、上記発明において、好ましい態様は、前記Nは4であり、前記表面は、正面視で四角形であり、前記4個の勾配面のうち、下側勾配面の勾配は20度以上、上側勾配面の勾配は25度以上、正面視で左側勾配面の勾配は15度以上、正面視で右側勾配面の勾配は15度以上であることを特徴とする。
本発明の別の側面は、光源の前方に配置される投影レンズにおいて、前記光源からの光が入射する裏面と、前記光源からの光が出射する、正面視でN(Nは、3以上の整数)角形の表面と、前記裏面と前記表面との間に前記N角形の各辺に対応して設けられたN個の勾配面と、を含み、前記N個の勾配面の勾配は、それぞれ、前記裏面から前記投影レンズに入射し、当該勾配面で内面反射される前記光源からの光が前記表面から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されている投影レンズであることを特徴とする。
この側面によれば、非光学面での内面反射に起因して投影レンズ表面から制御できない光が出射されるのを抑制することができる投影レンズを提供することができる。
これは、N個の勾配面(非光学面)の勾配が、それぞれ、裏面から投影レンズに入射し、当該勾配面で内面反射される前記光源からの光が前記表面から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されていることによるものである。
以下、本発明の一実施形態である車両用灯具10について添付図面を参照しながら説明する。各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
図1は、車両用灯具10の斜視図である。図2(a)は車両用灯具10の上面図、図2(b)は正面図、図2(c)は側面図である。図3は、車両用灯具10を、光軸AXを含む鉛直面で切断した縦断面図である。図4は、ロービーム用配光パターンPLoの一例である。
図1及び図2に示す車両用灯具10は、ロービーム用配光パターンPLo(図4参照)を形成可能ないわゆるダイレクトプロジェクション型(直射型ともいう)の車両用前照灯であり、例えば、自動二輪車(図示せず)の前端部に搭載される。ロービーム用配光パターンPLoは、自動二輪車前端に正対した仮想鉛直スクリーン(例えば、自動二輪車の前端から約25m前方に配置されている)上に形成される。
図1及び図2に示すように、本実施形態の車両用灯具10は、投影レンズ20(凸レンズ)、投影レンズ20の後方に配置された光源30等を備える。車両用灯具10は、図示しないが、アウターレンズとハウジングとによって構成される灯室内に配置され、ハウジング等に取り付けられる。
投影レンズ20は、上下左右がカットされた正面視で外形が四角形(矩形又は略矩形)の凸レンズで、光源30からの光が入射する裏面21と、光源30からの光が出射する、正面視で外形が四角形の表面22と、裏面21と表面22との間に四角形の各辺に対応して設けられた4個の勾配面23a〜23dと、勾配面23a〜23dと表面22との間に四角形の各辺に対応して設けられた4個の付加勾配面24a〜24dと、フランジ部25と、を含む。投影レンズ20は、金型を用いてアクリルやポリカーボネイト等の透明樹脂を射出成形することにより成形される。なお、勾配面は、立壁とも称される。
以下、勾配面23a〜23dは、各々を区別不要の場合、単に勾配面23と記載する。同様に、付加勾配面24a〜24dは、各々を区別不要の場合、単に付加勾配面24と記載する。
図3に示すように、裏面21及び表面22は、それぞれ、裏面21から入射(入光)し、表面22から出射(出光)する光源30からの光が、ロービーム用配光パターンPLo(図4参照)を形成するように構成(設計)された光学面である。
勾配面23は、光学的機能が意図されておらず、投影レンズ20の形状を成立させるために、裏面21と表面22との間に四角形の各辺に対応して設けられる非光学面である。勾配面23は、例えば、平坦面である。
4個の勾配面23a〜23dの抜き勾配は、それぞれ、裏面21から投影レンズ20に入射し、当該勾配面23に直接入射する光源30からの光が当該勾配面23から出射する角度に設定されている。
なお、上側勾配面23aの抜き勾配は、上側勾配面23aと光軸AXを含む水平面とがなす角度のことである。下側勾配面23cについても同様である。右側勾配面23bの抜き勾配は、右側勾配面23bと光軸AXを含む鉛直面とがなす角度のことである。左側勾配面23dについても同様である。
具体的には、下側勾配面23cの抜き勾配は20度以上、上側勾配面23aの抜き勾配は25度以上、左側(正面視で左側)勾配面の抜き勾配は15度以上、右側(正面視で右側)勾配面の抜き角度は15度以上に、それぞれ、設定されている。なお、各々の勾配面23a〜23dの抜き角度の上限はフランジ部25の矩形(図7参照)より大きくならない角度であるが、これは、投影レンズ20の肉厚により異なってくるため、数字で限定するのは困難である。図7は、投影レンズ20の一部側面図である。
勾配面23の抜き勾配をこのように設定した理由は、次のとおりである。
金型を用いて投影レンズ20を射出成形する場合の離型性を考慮すると、勾配面23の抜き勾配は一般的な抜き勾配(投影レンズ20の材料によって異なるが、4度程度)でよい。しかしながら、勾配面23の抜き勾配を一般的な抜き勾配とした場合、図5、図6に示すように、裏面21から投影レンズ20内部に入射した光源30からの光が、投影レンズ20内部(勾配面23等)で内面反射(全反射)を繰り返し、表面22から制御できない光となって出射してしまう。図5、図6は、裏面21から投影レンズ20内部に入射した光源30からの光の光線追跡図(勾配面23の抜き勾配4度程度)である。
そこで、本発明者は、上記内面反射を低減できる条件について鋭意検討した。その結果、各々の勾配面23a〜23dの抜き勾配を上記角度に設定することで、勾配面23(非光学面)での内面反射に起因して投影レンズ20の表面22から制御できない光が出射されるのを抑制することができることを見出した。
これは、各々の勾配面23a〜23dの抜き勾配を上記条件とすることで、図3に示すように、裏面21から投影レンズ20内部に入射し、各々の勾配面23a〜23dに直接入射し、当該各々の勾配面23a〜23dで内面反射される光源30からの光が、投影レンズ20の表面22から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されていることによるものである。
付加勾配面24は、正面視で投影レンズ20(主に、表面22)の外形(四角形)をしっかりと表現するために、勾配面23と表面22との間に四角形の各辺に対応して設けられる非光学面である。付加勾配面24は、例えば、平坦面である。付加勾配面24の抜き勾配は、勾配面23の抜き勾配より小さく設定されている。例えば、付加勾配面24の抜き勾配は、一般的な抜き勾配(例えば、4度以上)である。付加勾配面24の光軸AXに沿った長さt(図1参照)は、離型性を考慮すると、10mm以内が望ましい。
光源30は、例えば、矩形(例えば、1mm角)の発光面を備えたLEDやLD等の半導体発光素子であり、発光面を前方(投影レンズ20)に向けた状態で投影レンズ20の後側焦点近傍に配置される。
以上説明したように、本実施形態によれば、勾配面23(非光学面)での内面反射に起因して投影レンズ20の表面22から制御できない光が出射されるのを抑制することができる車両用灯具10及び投影レンズ20を提供することができる。
これは、4個の勾配面23(非光学面)の勾配が、それぞれ、裏面21から投影レンズ20に入射し、各々の勾配面23a〜23dで内面反射される光源30からの光が、投影レンズ20の表面22から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されていることによるものである。
また、本実施形態によれば、勾配面23の抜き勾配を一般的な抜き勾配(4度程度)より大きくしたにもかかわらず、正面視で投影レンズ20(主に、表面22)の外形(四角形)をしっかりと表現することができる。
これは、勾配面23と表面22との間に四角形の各辺に対応して付加勾配面24を設けたことによるものである。
また、本実施形態によれば、勾配面23の抜き勾配が一般的な抜き勾配(4度程度)より大きいため、離型性が向上するという利点もある。
次に、変形例について説明する。
上記実施形態では、本発明の車両用灯具及び投影レンズを自動二輪車の前端部に搭載される車両用前照灯(自動二輪車用ヘッドランプ)に適用した例について説明したが、これに限らない。例えば、自動二輪車以外の自動車用ヘッドランプや街路灯にも本発明の車両用灯具及び投影レンズを適用してもよい。
また、上記実施形態では、正面視で四角形(矩形又は略矩形)の表面22を含む投影レンズ20、裏面21と表面22との間に四角形の各辺に対応して設けられた4個の勾配面23a〜23d、勾配面23a〜23dと表面22との間に四角形の各辺に対応して設けられた4個の付加勾配面24a〜24dを用いた例について説明したが、これに限らない。例えば、正面視でN(Nは、3以上の整数)角形の表面を含む投影レンズ、裏面21と表面22との間にN角形の各辺に対応して設けられたN個の勾配面23、勾配面23と表面22との間にN角形の各辺に対応して設けられたN個の付加勾配面24を用いてもよい。
また、上記実施形態では、本発明の投影レンズを、ダイレクトプロジェクション型の車両用灯具に適用した例について説明したが、これに限らない。例えば、いわゆるプロジェクタ型の車両用灯具にも本発明の投影レンズを適用してもよい。
また、上記実施形態では、光源30として、LEDやLD等の半導体発光素子を用いた例について説明したが、これに限らず、バルブ光源を用いてもよい。
上記実施形態で示した各数値は全て例示であり、これと異なる適宜の数値を用いることができるのは無論である。
上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。上記実施形態の記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。
10…車両用灯具、20…投影レンズ、21…裏面、22…表面、23…勾配面、23(23a〜23d)…勾配面、24(24a〜24d)…付加勾配面、25…フランジ部、30…光源、AX…光軸、PLo …ロービーム用配光パターン
Claims (5)
- 投影レンズと、前記投影レンズの後方に配置された光源と、を備えた車両用灯具において、
前記投影レンズは、前記光源からの光が入射する裏面と、前記光源からの光が出射する、正面視でN(Nは、3以上の整数)角形の表面と、前記裏面と前記表面との間に前記N角形の各辺に対応して設けられたN個の勾配面と、を含み、
前記N個の勾配面の勾配は、それぞれ、前記裏面から前記投影レンズに入射し、当該勾配面で内面反射される前記光源からの光が前記表面から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されている車両用灯具。 - 前記投影レンズは、さらに、前記N個の勾配面と前記表面との間に前記N角形の各辺に対応して設けられたN個の付加勾配面を含む請求項1に記載の車両用灯具。
- 前記N個の付加勾配面の勾配は、前記N個の勾配面の勾配より小さく設定されている請求項1又は2に記載の車両用灯具。
- 前記Nは4であり、
前記表面は、正面視で四角形であり、
前記4個の勾配面のうち、下側勾配面の勾配は20度以上、上側勾配面の勾配は25度以上、正面視で左側勾配面の勾配は15度以上、正面視で右側勾配面の勾配は15度以上である請求項1から3のいずれか1項に記載の車両用灯具。 - 光源の前方に配置される投影レンズにおいて、
前記光源からの光が入射する裏面と、
前記光源からの光が出射する、正面視でN(Nは、3以上の整数)角形の表面と、
前記裏面と前記表面との間に前記N角形の各辺に対応して設けられたN個の勾配面と、を含み、
前記N個の勾配面の勾配は、それぞれ、前記裏面から前記投影レンズに入射し、当該勾配面で内面反射される前記光源からの光が前記表面から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されている投影レンズ。
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