JP2018206600A - 照明装置および車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】小型薄型で高効率で意匠性の良い照明装置と車両用前照灯を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の照明装置は、発光素子１で生成された光を取り込で出射させる第１レンズ２と、第１レンズ２からの出射光を取り込んで出射させる第２レンズ３を備え、第２レンズ３は上下方向と左右方向で曲率が異なるアナモルフィックレンズであり、第２レンズ３のレンズ面の上下方向の中心１４は、第１レンズ２の光軸９より上方向である。この照明装置を複数備えた車両用前照灯は、第２レンズの形状を変えることで、中心配光および中間配光および幅広配光に照射することができ、中央と水平方向左と右をそれぞれ照射する各灯具の光が重ね合わせることで、ロービームの配光を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置およびその照明装置を用いた車両用前照灯に関する。

車両用前照灯、いわゆるヘッドライトのすれ違い前照灯では、対向車や歩行者が眩しくならないようロービームでは、水平線より上部の光をカットしており、さらに道路路面の車両進行方向の前方が明るく、車両進行方向手前や横方向が路面で眩しくならないよう車両進行方向中央より明るさを落とす光度分布が求められる。

このような配光を実現するため、例えば、特許文献１に記載の照明装置が使用されている。この照明装置を図２０に示す。

この照明装置は、３灯の丸型レンズ２０Ｃ，２０Ｃ，２０Ｄと、４灯の横長レンズ２０Ａ，２０Ａ，２４Ｂ，２４Ｂとからなる、いわゆる多眼ライトである。このライトの７灯の光は、図２１に示す４種類の配光Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを形成しており、それぞれ照射角度が狭いものから幅広いものまである。それぞれの光を重ね合わせてロービームの配光を形成している。

特許第４０８３５１６号公報

従来の照明装置では、幅広い照射角度の配光を形成するためには、横長もしくは大型のレンズを使用する必要がある。このとき小型のレンズを用いると、光がレンズ径の大きさで規制されて光がケラれてしまい、幅広い照射角度の配光を形成することはできない。また小型化の際に効率が低下する問題がある。

本発明は、小型で薄型のレンズでも効率が良く狭い配光から幅広い配光まで実現でき、レンズ外観の意匠性も良い照明装置および、それを複数備えた車両用前照灯を提供する。

上記課題を解決するため、本発明の照明装置は、発光素子と、前記発光素子で生成された光を取り込んだうえで出射させる第１レンズと、前記第１レンズからの出射光を取り込んで所定方向へ出射させる第２レンズとを備え、前記第１レンズは、前記発光素子で生成された光が入射する入射口と、前記入射口から入射して第１レンズの内部を通った光を出射させる出射口と、前記入射口と前記出射口との間に設けられた複数の側部壁面からなる側面部とを有しており、前記第１レンズの前記入射口は、前記発光素子の周りを囲う凹形状であって、凹形状の底面である第１入射面と、凹形状の側面である第２入射面とを有しており、前記側面部は、前記第２入射面に入射した光を反射させる第１反射面と、前記第１入射面に入射した光および前記第１反射面で反射した光を反射させる第２反射面を有しており、前記第２レンズは、上下方向と左右方向で曲率が異なるアナモルフィックレンズであり、入光部の上下方向は凸状で形成されており、入光部または出光部の左右方向は凸状、もしくは凹状、もしくは直線状で形成される。

また、前記第２レンズのレンズ面の上下方向の中心線は、前記第１レンズの光軸に対し、前記第１レンズの第２反射面と逆方向に位置する。

また、前記第２レンズは、出射面の曲率が上下方向と左右方向で曲率が異なるアナモルフィックレンズである。

また、前記第２レンズは、左右方向の厚さが上下方向の厚さより小さい薄型レンズである。

本発明の車両用前照灯は、上記の照明装置を複数備え、それぞれの照明装置が異なる配光をもつ、ことを特徴とする。

また、車両用前照灯の各照明装置の配光の中心が、車両前方中心に対して、中央、右、左に設定されている。

また、車両用前照灯の各照明装置のうち、配光角が小さい照明装置と、配光角が大きい照明装置を備える。

また、配光の中心が左右に設定されている照明装置は、第２レンズの入光部と出射面を水平方向にディセンターしている。

本発明の照明装置によれば、第１レンズで光を効率良く集光し、その側面で光を反射させて水平線より上部の光を暗くさせる。この時反射した光は、反射しなかった光と重ね合わせられて水平線の下部に第２レンズにより投影される。このとき第２レンズの入光部の上下方向が凸状に形成されることで、第２レンズ側壁に光が反射することを低減でき、迷光の防止や光学効率の低下を防ぐことができる。さらに、様々なレンズ曲率をもつレンズであっても、レンズ出射面の曲率を統一できるため、レンズ外観の意匠性が良くできる。さらに第２レンズのレンズ面の上下方向の中心が、第１レンズの光軸より上方向であることにより、第１レンズで反射した光をより多く第２レンズに入光させることができるため、光学効率を向上させることができる。

また、第２レンズの入射面もしくは出射面を凹レンズにすることで、レンズサイズが小型であっても効率を低下することなく幅広い配光を照射することができる。

本発明の車両用前照灯によれば、各照明装置の中央と中間と幅広配光を重ね合わせてロービームの配光を形成することができ、中間配光の光はさらに中央と水平方向左および右をそれぞれ照射することで、水平方向左右に明るい前照灯をつくることができる。これは路面がカーブしている際でも遠方を明るく照射する際に有用である。

本発明の第１照明装置の（ａ）側面図と（ｂ）その縦断面図 本発明の第１照明装置の（ａ）上面図と（ｂ）水平断面図 本発明の第１照明装置の第１レンズの（ａ）側面図と（ｂ）その上面図と（ｃ）Ａ−Ａ矢視図と（ｄ）Ｂ−Ｂ矢視図 本発明の第１照明装置の正面図 本発明の第１照明装置の配光分布図 本発明の第２照明装置の（ａ）側面図と（ｂ）その縦断面図 本発明の第２照明装置の水平断面図 本発明の第２照明装置の正面図 本発明の第２照明装置の配光分布図 本発明の第３照明装置の（ａ）側面図と（ｂ）その縦断面図 本発明の第３照明装置の（ａ）上面図と（ｂ）水平断面図 本発明の第３照明装置の正面図 本発明の第３照明装置の配光分布図 本発明の第４照明装置の（ａ）側面図と（ｂ）その縦断面図 本発明の第４照明装置の水平断面図 本発明の第４照明装置の正面図 本発明の第４照明装置の配光分布図 本発明の車両用前照灯の正面図 本発明の車両用前照灯の配光分布図 特許文献１の照明装置の正面図 特許文献１の照明装置の配光分布図

以下、本発明の各実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１〜図５は本発明の実施の形態１の第１照明装置Ｌ１を示す。

図１（ａ）は第１照明装置Ｌ１の側面図、図２（ａ）はその上面図を示す。

この照明装置は、発光素子１と、発光素子１で生成された光を取り込んだうえで出射させる第１レンズ２と、第１レンズ２からの出射光を取り込んで所定方向へ出射させる第２レンズ３を備えている。第１レンズ２の形状を図３（ａ）〜（ｄ）に示す。

第１レンズ２は、発光素子１の側の基端側Ｂに発光素子１で生成された光が入射する第１レンズ入射口４が形成されている。第１レンズ入射口４は、発光素子１の周りを囲う凹形状であって、凹形状の底面である第１入射面４ａと、凹形状の側面である第２入射面４ｂを有している。

第１レンズ２の先端側Ｆには、第１レンズ入射口４から入射して第１レンズ２の内部を通った光を出射させる第１レンズ出射口５が形成されている。第１レンズ入射口４と第１レンズ出射口５との間には、複数の側部壁面からなる側面部６を有している。

側面部６は第１反射面６ａ，第２反射面６ｂ，上面６ｃからなる。

第１反射面６ａは、第１レンズ２の基端側Ｂの区間７に形成されている。この基端側Ｂから先端側Ｆに至る光軸９の周りの形状は、次第に径が大きくなる略円錐形状である。区間７から先端側Ｆの区間８には、第２反射面６ｂと上面６ｃが形成されている。上面６ｃは先端側Ｆにかけて単一幅または略単一幅の円弧形状である。上面６ｃの下側に第２反射面６ｂが形成されている。第２反射面６ｂの形状は、第１レンズ２の一部を先端側Ｆほど大きく切り欠いた形状で、図３（ｄ）に示す水平面１０と傾斜面１１との２面で構成されている。θ１は傾斜面１１の傾きを示している。

図１（ｂ）に第１照明装置Ｌ１の側面断面図、図２（ｂ）に第１照明装置Ｌ１の水平断面図を示す。

第１反射面６ａは、第２入射面４ｂから第１レンズ２の内部に入射した光Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を反射させる。第２反射面６ｂは、第１入射面４ａに入射した光Ｒ１および前記第１反射面６ａで反射した光Ｒ４を反射させる。上面６ｃは、第１入射面４ａに入射した光および第１反射面６ａで反射した光を、拡散Ｒ５もしくは吸収する。

第２レンズ３は、上下方向と左右方向で曲率が異なるアナモルフィック・凸レンズで、第２レンズ３は左右方向の厚さ１７が上下方向の厚さ１８より小さい。上下方向入射面１２ａと左右方向入射面１２ｂは、共に光軸方向に凸状に形成されている。第２レンズ３の上下方向出射面１３ａと左右方向出射面１３ｂも共に光軸方向に凸状に形成されている。この実施の形態では、第２レンズ３の光軸が、第１レンズ２の光軸９の延長線上に配置されている。第２レンズ３は、第２レンズ３のレンズ面の上下方向の中心線１４が、第１レンズ２の光軸９よりも上側に位置するよう配置されている。具体的には、光軸９に対し、第２反射面６ｂと逆方向に位置する。

また、この実施の形態では、第２レンズ３の光軸と第２レンズ３のレンズ面の上下方向の中心線１４が異なっている。

図４は第１照明装置Ｌ１の正面図で、第２レンズ３の後ろに配置した第１レンズ２が破線で図示されている。

第１照明装置Ｌ１で照射した配光分布１５を図５に示す。横軸は水平ライン、縦軸は上下方向を示す。照射された光の分布が、水平ラインより上部の光は第２反射面６ｂで反射され暗くなっている。図５のハッチング部分が、明るいエリアを示している。

図４に示す第２反射面６ｂの形状が、水平面１０と傾斜面１１との２面で構成されていると、照射された光の分布も図５に示したように水平と斜めに配光される。

ここで第１レンズ２の上面６ｃが、光を拡散（Ｒ５）もしくは吸収しているため、中央部以外の部分に迷光が発生するのを防ぐことができる。

この第１照明装置Ｌ１において、第２レンズ３の下方向入射面１２ａと左右方向入射面１２ｂを凸レンズにしたことで、レンズの倍率を第２レンズ３の入光部で調整できるため、出射面の曲率を第２レンズ外観の意匠を考慮した形状に作ることができる。

また、第２レンズ３の入光部で光が屈折して光軸側に光が近づくことで、第２レンズ３の側壁１６に光が内部反射して迷光となることを防止できる。このため第２レンズ３が小型薄型になった場合でも、光の利用効率の低下を防ぐことができる。

また、第２レンズ３のレンズ面の上下方向の中心線１４が、第１レンズ２の光軸９より上方向に離れて配置されていることにより、第１レンズ２の第２反射面６ｂで反射した光Ｒ４をより多く第２レンズ３に入光することができ、出射面から光を投影することができるため、光の利用効率が向上する。

なお、この実施の形態１の第１照明装置Ｌ１では、第２レンズ３のレンズ面の上下方向の中心線１４が第２レンズ３の光軸とは異なるが、２レンズ３の中心線１４が第２レンズ３の光と一致することがあっても良い。

（実施の形態２）
図６〜図９は本発明の実施の形態２の第２照明装置Ｌ２を示す。

図６（ａ）は第２照明装置Ｌ２の側面図、図６（ｂ）は第２照明装置Ｌ２の縦断面図、図７は第２照明装置Ｌ２の水平断面図、図８はその正面図を示す。

この第２照明装置Ｌ２は、第１レンズ２ａと第２レンズ３ａとで構成されている。実施の形態１の第１レンズ２は、第２反射面６ｂが水平面１０と傾斜面１１との２面で構成されていたが、この実施の形態２の第１レンズ２ａは、第２反射面６ｂが水平面１０だけで構成されている点だけが異なる。

実施の形態２の第２レンズ３ａは、左右方向の厚さが上下方向の厚さより小さい薄型レンズである。第２レンズ３ａは左右方向入射面１２ｂの形状と左右方向出射面１３ｂの形状が、実施の形態１の第２レンズ３とは異なっている。具体的には、第２レンズ３ａの左右方向入射面１２ｂと左右方向出射面１３ｂの曲率は、第２レンズ３より大きくなっている。図９はこの照明装置で照射した配光分布である。

このように構成したため、第１レンズ２ａから出射した水平光は図７に示すようにＲ６，Ｒ７，Ｒ８の方向に曲げられ、図９に示すように、水平方向に広げられた配光分布１９を形成する。ここで左右方向入射面１２ｂの曲率が実施の形態１の第１レンズ２よりも大きいことで、より大きく光が屈折され、レンズの倍率が第１レンズ２よりも大きくなり、光が水平方向に広げられる作用をもつ。このため小型薄型のレンズであっても光の利用効率を損なうことなく、幅広い配光を得ることが可能となる。

さらに、両凸レンズの入光面の曲率を大きくしたので左右方向出射面１３ｂの曲率を左右方向入射面１２ｂの曲率に比べて小さくすることができ、例えば第１照明装置Ｌ１と同じ曲率の外観をもつレンズを作ることも可能となり、意匠性の自由度が増す。

（実施の形態３）
図１０〜図１３は本発明の実施の形態３の第３照明装置Ｌ３を示す。

図１０（ａ）は第３照明装置Ｌ３の側面図、図１０（ｂ）は第３照明装置Ｌ３の縦断面図、図１１（ａ）は第３照明装置Ｌ３の上面図、図１１（ｂ）は第３照明装置Ｌ３の水平断面図、図１２はその正面図を示す。

この第３照明装置Ｌ３は、第１レンズ２ｂと第２レンズ３ｂとで構成されている。第１レンズ２ｂは実施の形態２の第１レンズ２ａと同じである。

第２レンズ３ｂは、左右方向の厚さが上下方向の厚さより小さい薄型レンズである。第２レンズ３ｂは、左右方向入射面１２ｂの形状と左右方向出射面１３ｂの形状が、実施の形態２の第２レンズ３ａとは異なっている。

具体的には、第２レンズ３ｂの上下方向入射面１２ａと上下方向出射面１３ａは、図１０（ａ）（ｂ）に示すように光軸方向に突出した凸状である。第２レンズ３ｂの左右方向入射面１２ｂは、図１１（ａ）（ｂ）に示すように第２レンズ３ｂの内部に向かって光軸方向に窪んだ凹状であって、いわゆる逆鞍形状となっている。第２レンズ３ｂの左右方向入射面１２ｂは、図１１（ａ）（ｂ）に示すように直線状になっており、出射面の形状は上下方向に凸曲面、左右方向に直線状のシリンドリカル形状となっている。

このように構成したため、第１レンズ２ｂから出射した水平光は、図１１のＲ９，Ｒ１０，Ｒ１１ように第２レンズ３ｂの入光部により左右方向に広げられる。図１３に示すように、水平方向に広げられた配光分布２０を形成する。ここで左右方向入光部１２ｂが凹状の曲率を持つことで、より大きく光の角度が発散され、第２照明装置Ｌ２よりも光が水平方向に広げられる作用をもつ。このため小型薄型のレンズであっても光の利用効率を損なうことなく、幅広い配光を得ることが可能となる。

（実施の形態４）
図１４〜図１７は本発明の実施の形態４の第４照明装置Ｌ４を示す。

図１４（ａ）は第４照明装置Ｌ４の側面図、図１４（ｂ）は第４照明装置Ｌ４の縦断面図、図１５は第４照明装置Ｌ４の水平断面図、図１６はその正面図を示す。

この第４照明装置Ｌ４は、第１レンズ２ｃと第２レンズ３ｃとで構成されている。第１レンズ２ｃは実施の形態２の第１レンズ２ａと同じである。

第２レンズ３ｃの上下方向入射面１２ａと左右方向入射面１２ｂは、第３照明装置Ｌ３と同じである。第２レンズ３ｃの上下方向出射面１３ａは凸状に、左右方向出射面１３ｂは凹形状になっており、出射面の形状は第２レンズ３ｃの内側に向かって凹状の逆鞍形状となっている。

このように構成したため、第１レンズ２ｃから出射した水平光は図１５のＲ１２，Ｒ１３，Ｒ１４のように第２レンズ３ｃの入光部により左右方向に広げられ、左右方向出射面１３ｂでさらに左右方向に広げられる。図１７に示すように、水平方向に広げられた配光分布２１を形成する。

ここで左右方向出射面１３ｂが凹状の曲率を持つことで、より大きく光の角度が発散され、第３照明装置Ｌ３よりも光が水平方向に広げられる作用をもつ。このため小型薄型のレンズであっても光の利用効率を損なうことなく、幅広い配光を得ることが可能となる。

（実施の形態５）
図１８と図１９は本発明の実施の形態５の車両用前照灯ＨＬを示す。

図１８は車両用前照灯ＨＬを出射面の側から見た正面図で、照明装置２２，２３，２４，２５，２６，２７の合計六灯が左右方向に配列されている。各照明装置２２，２３，２４，２５，２６，２７が異なる配光を持っている。図１９にこの車両用前照灯ＨＬの配光分布を示す。この図１９の配向分布は、車両用前照灯ＨＬの前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーンに形成されるロービーム用配光パターンを示している。このように、各照明装置の配光の中心が、車両前方中心Ｓに対して、中央、右、左に設定されている。

左側の照明装置２２，２３は、実施の形態１で説明した第１照明装置Ｌ１と実施の形態２で説明した第２照明装置Ｌ２である。照明装置２２で照射した光のパターンが図１９の配光位置１５である。照明装置２３で照射した光のパターンが図１９の配光位置１９に設定されている。照明装置２３の右側に隣接する照明装置２４，２５は、何れも実施の形態３で説明した第３照明装置Ｌ３である。

照明装置２４，２５の配光を左および右にするには、第２レンズ３ｂを水平方向にディセンターさせることで実現できる。ここでいうディセンターとは、レンズ曲面の頂点を光軸からずらすことを指す。この車両用前照灯ＨＬでは、照明装置２４で照射した光のパターンを車両前方中心Ｓから左にずらすように照明装置２４の第２レンズ３ｂを水平方向にディセンターして図１９の配光２０Ｌに設定されている。照明装置２５については、照明装置２５で照射した光のパターンを車両前方中心Ｓから右にずらすように照明装置２５の第２レンズ３ｂを水平方向にディセンターさせると共に、更に照明装置２５の配光を上にするために照明装置２５の第２レンズ３ｂを垂直方向にディセンターさせて、照明装置２５で照射した光のパターンが図１９の配光２０ＲＵに設定されている。

照明装置２５の右側に隣接する照明装置２６，２７は、何れも実施の形態４で説明した第４照明装置Ｌ４である。照明装置２６で照射した光のパターンが図１９の配光２１に設定されている。照明装置２７で照射した光のパターンが図１９の配光２１Ｗに設定されている。

このように構成したため、車両用前照灯ＨＬの配光分布は、配向１５，１９，２０Ｌ，２０ＲＵ，２１，２１Ｗが重ね合わせられたものとなる。これにより、水平線上部の光は暗く、水平線下部に光が集められ、さらに中央が最も明るく、左右方向も明るく、さらに外側と下側が徐々に暗くなっていく配光が作られる。

このような配光分布は、ロービームにおいて好適な分布である。中間配光の光が中央と水平方向左および右をそれぞれ照射することで、水平方向左右に明るい前照灯をつくることができる。これは路面がカーブしている際でも遠方を明るく照射する際に有用である。

なおここでは計６種の配光の照明装置を並べているが、これに限定されることなく、車両進行方向中央からの光の広がり角を示す配光角が、小さい配光角、中間の配光角、広い配光角の３種以上の配光があれば様々な組み合わせで配光を形成することが可能である。当然同種の配光の照明装置を複数搭載しても良い。

本発明の照明装置は、車両用前照灯を構成する照明装置に有用である。

Ｌ１ 第１照明装置
Ｌ２ 第２照明装置
Ｌ３ 第３照明装置
Ｌ４ 第４照明装置
１ 発光素子
２，２ａ 第１レンズ
３，３ａ 第２レンズ
４ 第１レンズ入射口
４ａ 第１入射面
４ｂ 第２入射面
５ 第１レンズ出射口
６ 側面部
６ａ 側面部６の第１反射面
６ｂ 側面部６の第２反射面
６ｃ 側面部６の上面
７ 第１レンズ２の基端側Ｂの区間
８ 第１レンズ２の区間７から先端側Ｆの区間
９ 第１レンズ２の基端側Ｂから先端側Ｆに至る光軸
１０ 第２反射面６ｂの水平面
１１ 第２反射面６ｂの傾斜面
１２ａ 第２レンズ３の下方向入射面
１２ｂ 第２レンズ３の左右方向入射面
１３ａ 第２レンズ３の上下方向出射面
１３ｂ 第２レンズ３の左右方向出射面
１４ 第２レンズ３のレンズ面の上下方向の中心線
１６ 第２レンズ３の側壁
１７ 第２レンズ３の左右方向の厚さ
１８ 第２レンズ３の上下方向の厚さ
２２，２３，２４，２５，２６，２７ 照明装置
１５ 照明装置２２の配光
１９ 照明装置２３の配光
２０Ｌ 照明装置２４の配光
２０ＲＵ 照明装置２５の配光
２１ 照明装置２６の配光
２１Ｗ 照明装置２７の配光
Ｂ 第１レンズ２の基端側
Ｆ 第１レンズ２の先端側
Ｒ１，θ１ 傾斜面１１の傾き
Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 第１レンズ２の内部に入射した光
Ｓ 車両前方中心

Claims (8)

1. 発光素子と、
   前記発光素子で生成された光を取り込んだうえで出射させる第１レンズと、
   前記第１レンズからの出射光を取り込んで所定方向へ出射させる第２レンズとを備え、
   前記第１レンズは、前記発光素子で生成された光が入射する入射口と、前記入射口から入射して第１レンズ内部を通った光を出射させる出射口と、前記入射口と前記出射口との間に設けられた複数の側部壁面からなる側面部を有しており、
   前記第１レンズの前記入射口は、前記発光素子の周りを囲う凹形状であって、凹形状の底面である第１入射面と、凹形状の側面である第２入射面とを有しており、
   前記側面部は、前記第２入射面に入射した光を反射させる第１反射面と、前記第１入射面に入射した光および前記第１反射面で反射した光を反射させる第２反射面を有しており、
   前記第２レンズは、上下方向と左右方向で曲率が異なるアナモルフィックレンズであり、入光部の上下方向は凸状で形成されており、入光部または出光部の左右方向は、凸状もしくは凹状もしくは直線状で形成される、
   照明装置。
2. 前記第２レンズのレンズ面の上下方向の中心線は、
   前記第１レンズの光軸に対し、前記第１レンズの第２反射面と逆方向に位置する、
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第２レンズは、出射面の曲率が上下方向と左右方向で曲率が異なるアナモルフィックレンズである、
   請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記第２レンズは、左右方向の厚さが上下方向の厚さより小さい薄型レンズである、
   請求項１〜３の何れかに記載の照明装置。
   
5. 請求項１〜４の何れかに記載の照明装置を複数備え、それぞれの照明装置が異なる配光をもつ、
   車両用前照灯。
6. 各照明装置の配光の中心が、車両前方中心に対して、中央、右、左に設定されている、
   請求項５に記載の車両用前照灯。
7. 請求項５の車両用前照灯の各照明装置のうち、配光角が小さい照明装置と、配光角が大きい照明装置を備える、
   請求項５に記載の車両用前照灯。
8. 配光の中心が左右に設定されている照明装置は、第２レンズの入光部と出射面を水平方向にディセンターしている、
   請求項６に記載の車両用前照灯。

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