JP2020013779A - 車両用灯具及び投影レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】美的デザインと均一な光出力が可能な薄いストリップ型の灯具を提供する。【解決手段】車両用灯具１０は、凸湾曲を有する後主面と凹湾曲を有する前面とを有するレンズプロファイルを有し後主面の後方高さが前面の前方高さよりも大きい投影レンズ１２と、複数の光源と、複数の光源から放射された光を投影レンズに向かって反射するように構成された反射器とを有する。レンズプロファイルが曲線長さに沿って掃引されると、後方凸状湾曲または前方凹状湾曲の少なくとも一方が変化する。投影レンズの前面から出力される光は、曲線長さに沿って概ね均一である。【選択図】図１

Description

本開示は、車両用灯具のためのレンズに関する。

車両は様々なランプを含み、周囲を照明すること、運転者の視認性を改善すること、または意図された移動方向を示すことなどの多くの機能を提供する。車両のスタイリングおよびパッケージングはしばしば、車両ランプの形状および幾何学的形状を決定する。ランプのスタイリングにかかわらず、機能要件および政府規制は、依然として満たされなければならない。

少なくとも１つの実施形態によれば、車両用灯具は、凸状の湾曲を有する後主面と凹状の湾曲を有する前面とを有するレンズプロファイルを有する投影レンズを備えている。後主面の後方高さは、前面の前方高さよりも大きい。ランプは、複数の光源３６と、複数の光源から放射された光を投影レンズに向かって反射するように構成された反射器とを有する。レンズプロファイルが曲線長さに沿って掃引されると、後方凸状湾曲または前方凹状湾曲の少なくとも一方が変化する。投影レンズの前面から出力される光は、曲線長さに沿って概ね均一である。

別の実施形態では、前方高さは後主表面と前方表面との間のプロファイル厚さよりも小さい。

別の実施形態では、後主面と前面との間のプロファイル厚さは概ね一定である。

別の実施形態では、後主面と前面との間のプロファイル厚さは曲線長さに沿って変化する。

別の実施形態では、前方高さは曲線長さに沿って概ね一定である。

別の実施形態では、曲線長さはすくい湾曲および掃引湾曲のうちの少なくとも１つを有する。

別の実施形態では凸状湾曲が高さ方向に延在し、主後面は曲線長さの長さ方向に延在する複数の調整された輪郭をさらに備える。

別の実施形態では、複数の調整された輪郭が複数のスカラップとして形成される。

別の実施形態では、複数の光源が曲線長さの長さ方向に間隔を置いて配置された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。

別の実施形態では反射器が複数の反射器を含み、反射器のうちの１つはＬＥＤのそれぞれに隣接して配置される。

別の実施形態では、反射器の各々からの放射の中心光軸が曲線長さに沿って概ね平行である。

少なくとも１つの他の実施形態によれば、投影レンズが提供される。投影レンズは、凸状の後面と凹状の前面とを有するレンズプロファイルを有する。レンズプロファイルは、曲線長さに沿って掃引する。第１の長さ位置において、凸状後面は第１の凸状湾曲を有する。凸状後面は、第１の長さ位置から掃引角またはランク角のうちの１つに向けられた第２の長さ位置で、第１の凸状湾曲とは異なる第２の凸状湾曲を有する。

別の実施形態では、前面の高さは曲線長さに沿った後面の高さよりも低い。

別の実施形態では、レンズプロファイルの高さは凸状の後面から凹状の前面に向かって減少する。

少なくとも１つの他の実施形態によれば、ライトブレードを有する車両ランプが提供される。光ブレードは光入力を凹状前面に向け直し、再整形するための凸状後面を有する。ライトブレードは、後方高さよりも低い前方高さを有する。光源は、ライトブレードの後方に配置される。反射器は、光源から放射された光を光ブレードに向かって反射するように構成される。光ブレードの凹状前面からの光出力は、ブレードの長さに沿って概ね均一である。

別の実施形態では後方凸状表面の凸状湾曲がブレード長さに沿って変化するが、凹状前面の凹状湾曲は一定のままである。

別の実施形態では、ブレード長さはすくい湾曲および掃引湾曲のうちの少なくとも１つを有する。

別の実施形態では、前方高さは凸状後面と凹状前面との間のプロファイル厚さよりも小さい。

本開示の一実施形態による投影レンズを有する車両用灯具の正面斜視図である。 ランプハウジングを取り外した図１の投影レンズの背面斜視図である。 図１の車両ランプの斜視図である。 湾曲長さに沿ったレンズプロファイルの斜視図である。 レンズプロファイルを示す車両用灯具の概略図である。 図１の車両のセクション６−６のセクション図である。 図１の車両の断面７−７の断面図である。 光線トレースを示す図１の車両用灯具の概略図である。 光軸を示す図２のプロファイルレンズの一部の概略図である。

必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示されるが、開示された実施形態は様々な代替形態で実施することができる本発明の単なる例示であることを理解されたい。図面は必ずしも一定の縮尺ではなく、いくつかの特徴は特定の構成要素の詳細を示すために誇張または最小化され得る。したがって、本明細書に開示される特定の構造および機能の詳細は限定として解釈されるべきではなく、単に、本発明を様々に使用するように当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。

前照灯または信号灯などの自動車照明は、ますますスタイル化された特徴および設計を有する。これらの美的デザインは、連邦自動車照明規則を同時に満たさなければならない。１つの美的な設計仕様は、信号照明機能のためのランプ、または薄い照明された光のストリップを必要とする車両ランプの他の照明された部分に使用され得る、細い鉛筆ほどの薄さの光リボンである。

従来のランプ及びレンズの設計は、大きな効率損失を被ることなく、光ストリップの高さを制限する。これらの効率損失は、光ストリップが薄すぎることを防止する。薄い光ストリップでの効率損失を克服するために、光源からの入力光束の急激な増加が必要とされ、その結果、光源構成要素のコストが高くなり、ランプ構造内の熱に関する心配が高まる。

薄い光ストリップ設計の別の課題は、スタイリングが光ストリップの長さに沿って積極的な輪郭を必要とする場合であっても、均一な光出力を提供することである。スタイリングは単一の光軸に沿って光出力を依然として提供しながら、光ストリップが車両のすくい輪郭および掃引輪郭に従うことを必要とし得る。

図１〜図３は、ライトブレードとして形成されたレンズ１２を有する車両用灯具１０を示す。本開示のライトブレードレンズ１２はライトブレードレンズ１２の長さに沿って効率的で均一な光出力を提供しながら、薄い前方開口部２０を有する。

図２に示され、図４〜図８でより詳細に説明されるように、光ブレードレンズ１２は、凸湾曲３０を有する後主面１６と、凹湾曲３２を有する前面２０とを有する可変レンズプロファイル１４を有する。

光源３６は、光ブレードレンズ１２の後方に配置されている。車両用灯具１０はまた、光源３６から発せられた光をレンズ１２に向かって反射するように構成された反射器３８を有する。反射器３８は、光源３６から発せられた光をレンズ１２に向かって概ね平行にするように構成された放物面反射器であってもよい。図５に示すように、光源３６は、反射器とレンズ１２との間の位置で反射器の焦点に配置することができる。

可変レンズプロファイル１４は、前方高さＦＨよりも大きい後方高さＲＨを有する。光ブレードレンズ１２の長手方向の形状を規定するために、レンズプロファイル１４は図４に示されるように、曲線長さ４０に沿って掃引され、曲線長さ４０はレンズ１２の薄い細長い輪郭を規定するために、３次元空間において掃引され得る。例えば、曲線長さ４０はすくい角または掃引角に沿って掃引されてもよく、すくい角は水平面からの床面の偏差であり、掃引角は垂直面からの中心面の偏差である。図４に示すように、曲線長さ４０は各プロファイル１４の中心線を形成し、すくい角および掃引角に沿って同時に変化する複雑な輪郭線であってもよい。レンズプロファイル１４の寸法および特性は図５〜図７を参照してより詳細に説明するように、曲線長さに沿って変化してもよい。様々な寸法を有するレンズプロファイルは、１４ａ〜１４ｄとして示されている。

図５に示されるように、各レンズプロファイル１４は、上面として示される第１の角度付き表面２２と、下面として示される第２の角度付き表面２４とによって画定される。第１および第２の傾斜面２２、２４は例えば、車両のスタイリングまたはランプパッケージングの要件によって画定することができる。レンズプロファイル高さは、凸状後面３０から凹状前面３２に向かって減少する。

長さ４０に沿って光軸３４に平行なほぼ均一な光出力を維持するために、少なくとも１つのレンズパラメータは、すくい角および掃引角が変化することにつれて、曲線長に沿って変化する。図５は、光ブレードレンズ１２の様々なレンズパラメータを示す。後方凸面湾曲３０及び前方凹面湾曲３２、並びにブレード厚さＴのようなレンズパラメータは、すくい角及び掃引角がレンズの曲線長さ４０に沿って変化することにつれて変化する。

レンズ１２の後方高さＲＨおよび前方高さＦＨは、レンズ１２の中心平面５０に直交する高さ寸法である。後方高さＲＨおよび前方高さＦＨは、それぞれ、後面１６および前面２０において、第１および第２の傾斜面２２、２４の間に規定されてもよい。第１及び第２の傾斜面２２、２４は、前方高さＦＨが後方高さＲＨよりも低く、前方高さＦＨが光ブレードレンズ１２の薄い照明開口を画定するように収束する。

後方高さＲＨはまた、後方湾曲３０の後方翼弦を画定することができ、前方高さＦＨは、翼弦が曲線上の２つの点を結ぶ線分である前方湾曲３２の前方翼弦を画定することができる。

後方及び前方の湾曲３０、３２は、所望の測光性能及び照明外観が達成されるまで設計変数を繰り返すことによって決定することができる。凸状後方湾曲３０は、反射器３８から反射された平行光ビームを集めて再成形するように設計されている。凹状の前方湾曲３２は所望の光分布を有するように、および／または規制された光強度分布要件を満たすように設計されてもよい。例えば、凸状及び凹状の湾曲３０、３２は制約変数ＦＨ、ＲＨ及びブレード厚さＴに基づくことができ、適切な前側接線制御角度αは、規制及び照明外観要件を満たすために適切な量だけ入射テーパビームを広げる厚いブレードの前側湾曲を規定するために繰り返し求めることができる。光線トレースは、レンズ１２のパッケージ制約に基づいて、反射器からの光源のオフセット（ｘ）を見つけるためにバックトレースされる。次いで、反射器３８の形状は、曲線長さ４０に沿って適切な焦点距離（ｆ）および左右の広がり（ｓ）を有するように作成することができる。後方凸湾曲の半径（ｒ）は、反復光線トレースに基づいて各セクションで生成される。

凸状湾曲３０は、高さ方向に延びている。また、後面１６は図２に示すように、曲線長さの長さ方向に延びる複数の調整された輪郭２６を含むことができ、複数の調整された輪郭２６は、複数のスカラップとして形成される。スカロップは、可変レンズプロフィール１４と面外にある半径（ｒ_ｆ）で凸状湾曲を掃引することによって生成されてもよい。

結果として得られるレンズ１２は、前面高さＦＨが後面１６と前面２０との間のプロファイル厚さＴよりも小さいプロファイルを有する。さらに、後方凸状湾曲３０または前方凹状湾曲３２の少なくとも１つは、湾曲がすくい角および掃引角における３次元空間である曲線長さ４０に沿って変化する。図５に示す実施形態に示すように、厚さＴは約２７ｍｍである。後方高さＲＨは約１２ｍｍであり、前方高さＦＨは約７ｍｍ以下である。反射器３８は放物線状であり、約８ｍｍの焦点距離を有する。別の実施形態では、小型照明開口部を画定する前方高さＦＲが１ｍｍ〜１５ｍｍの範囲であってもよい。別の実施形態では、前方高さＦＲが２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であってもよい。

図６及び図７は、レンズ１２の曲線長さ４０に沿った２つの異なる位置における車両ランプ１０の断面の差を示す。図６は図１のランプの断面６−６を通る断面図を示し、図４は、断面７−７を通る断面図である。

図６及び図７に示すように、この実施形態では、後面１６と前面２０との間のレンズ厚さＴが曲線長さ４０に沿って概ね一定であってもよい。図６の後方凸湾曲は図７とは半径ｒが異なる。図６および図７の前方凹湾曲３０は異なり、図３および図４では前方高さＦＲが異なる。

別の実施形態では、後面１６と前面２０との間のプロファイル厚さＴが曲線長さ４０に沿って変化する。別の実施形態では、後方高さＲＨは曲線長さ４０に沿って変化し、前方高さＦＨがレンズ１２の曲線長さ４０に沿って概ね一定であってもよい。

図６及び図７は、複数の光源３６を有するランプを示す。各光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）または他の適切な光素子である。光源３６は、曲線長さ４０の長さ方向に間隔を置いて配置されている。ランプ１０は複数の反射器３８を有し、１つの反射器３８が各光源３６に関連している。各反射器３８の焦点距離（ｆ）及び広がり（ｓ）は、曲線長さに沿って変化する。

図１及び図３に示すように、反射器３８は、レンズ１２の後面１６に隣接して取り付けられたランプハウジング４２内に形成されている。図３はランプハウジング４２の側面−背面斜視図を示しているが、反射器３８の各々の様々な寸法が示されている。また、図６〜図７に示すように、ランプハウジング４２に電気基板４４を取り付け、光源３６を電気基板４４に取り付けることもできる。また、ハウジング４２には、光源３６からの直接光を遮断するためのシェード４６が取り付けられている。

図８は、光線トレースを有する車両ランプ１０の概略図である。光学的に凸状の後面３０と凹状の前面３２とを有する凸凹レンズは入射する平行光ビームを再整形し、凹状の前面３０のより小さな開口部を通して再指向させる。図９に示すように、各反射器からの放射３４の中心光軸は、曲線長さ４０に沿ってほぼ平行である。

例示的な実施形態が上記で説明されているが、これらの実施形態が本発明のすべての可能な形態を説明することは意図されていない。むしろ、明細書中に使用される用語は限定よりも説明のための用語であり、各種変型が、本発明の精神および範囲から逸脱しない範囲の変更が可能であることを理解されたい。さらに、様々な実施形態の特徴を組み合わせて、本発明のさらなる実施形態を形成することができる。

Claims (20)

1. 凸湾曲を有する後主面と、凹湾曲を有する前面とを備え、前記後主面の後方高さが前記前主面の前方高さよりも大きいレンズプロファイルを有する投影レンズと、
   複数の光源と、
   複数の光源から放出された光を投影レンズに向かって反射するように構成された反射器と、を備え、
   前記レンズプロファイルが曲線長さに沿って掃引されるに従って、前記後方凸湾曲または前記前方凹湾曲のうちの少なくとも１つが変化し、
   前記投影レンズの前記前面からの光出力が前記曲線長さに沿って概ね均一である、車両用灯具。
2. 前記前方高さは、前記後主面と前記前面との間のプロファイル厚さよりも小さい、請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記後主面と前記前面との間のプロファイル厚さは、概ね一定である、請求項１に記載の車両用灯具。
4. 前記後主面と前記前面との間のプロファイル厚さは、前記曲線長さに沿って変化する、請求項１に記載の車両用灯具。
5. 前記前方高さは、前記曲線長さに沿って概ね一定である、請求項１に記載の車両用灯具。
6. 前記曲線長さは、すくい湾曲および掃引湾曲の少なくとも一方を有する、請求項１に記載の車両用灯具。
7. 前記凸状湾曲は高さ方向に延在し、前記後主面は、前記曲線長さの長さ方向に延在する複数の調整された輪郭をさらに備える、請求項１に記載の車両用灯具。
8. 前記複数の調整された輪郭は、複数のスカラップとして形成される、請求項７に記載の車両用灯具。
9. 前記複数の光源は、前記曲線長さの長さ方向に間隔を置いて配置された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、請求項１に記載の車両用灯具。
10. 前記反射器は、複数の反射器を備え、前記反射器のうちの１つは前記ＬＥＤの各々に隣接して配置される、請求項９に記載の車両用灯具。
11. 前記反射器の各々からの放射の中心光軸は、前記曲線長さに沿って概ね平行である、請求項１０に記載の車両用灯具。
12. 凸状後面と凹状前面とを有し、前記レンズプロファイルは曲線長さに沿って掃引し、第１の長さ位置において、前記凸状後面は第１の凸状の湾曲を有し、前記第１の長さ位置からの掃引角またはランク角のうちの１つで配向された第２の長さ位置において、第１の凸状の湾曲とは異なる第２の凸状の湾曲を有するレンズプロファイルを有する、投影レンズ。
13. 前面高さは、前記曲線長さに沿った後面高さよりも低い、請求項１２に記載の投影レンズ。
14. 前記前面高さは、前記凸状後面と前記凹状前面との間のプロファイル厚さよりも小さい、請求項１３に記載の投影レンズ。
15. 前記前方高さは、前記曲線長さに沿って概ね一定である、請求項１３に記載の投影レンズ。
16. 前記レンズプロファイルの高さは、前記凸状後面から前記凹状前面に向かって減少する、請求項１２に記載の投影レンズ。
17. 凹状前面に向かって光入力を再指向および再整形するための凸状後面を有する光ブレードであって、前面の高さが後面の高さよりも低い光ブレードと、
    前記光ブレードの後方に配置された光源と、
    前記光源から放射された光を前記光ブレードに向かって反射するように構成された反射器とを有し、
    前記光ブレードの凹状前面から出力される光は、ブレードの長さに沿って概ね均一である車両用灯具。
18. 前記凸状後面の凸湾曲は前記ブレードの長さに沿って変化し、前記凹状前面の凹湾曲は一定のままである、請求項１７に記載の車両用灯具。
19. 前記ブレードの長さは、すくい湾曲および掃引湾曲のうちの少なくとも１つを有する、請求項１７に記載の車両用灯具。
20. 前記前方高さは、前記凸状後面と前記凹状前面との間のプロファイル厚さよりも小さい、請求項１７に記載の車両用灯具。