JP2021072254A - 車両用導光体及び車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率を向上させる。【解決手段】光源からの光を入射する入射面２１と、入射面２１から入射した光を前方に向けて内面反射する第１反射面２２と、第１反射面２２で反射された光の一部を前方に向けて内面反射する第２反射面２３と、第２反射面２３の後方から導光体外部側に向けて段状に設けられ、第１反射面２２で反射される光の一部を導光体外部に透過する透過面２４と、第２反射面２３の前方から導光体外部側に向けて透過面２４に対向するように設けられ、透過面２４から導光体外部に透過した光を再入射する再入射面２５と、第２反射面２３の前方の端辺２３ｂに一致又はほぼ一致する位置に焦点位置Ｓを有する曲面状であり、第１反射面２２及び第２反射面２３で内面反射された光、並びに、再入射面２５から入射した光を出射して、車両前方に配光パターンを照射する出射面２６とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用導光体及び車両用前照灯に関する。

光源からの光を車両用導光体の入射面に直接入射させ、車両用導光体の内面で全反射させた後に出射面から出射して車両前方に配光パターンを形成する、いわゆる直射型の車両用前照灯が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３０２９０２号公報

特許文献１に記載の車両用前照灯において、車両用導光体は、点光源からの光を制御することを想定した光学設計となっている。しかしながら、実際の光源は点光源ではなく面光源であるため、制御しきれずにロスしている光が存在し、光の利用効率低下の一因となっている。このため、光の利用効率を向上させることが求められている。

本発明は、光の利用効率を向上させることが可能な車両用導光体及び車両用前照灯を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用導光体は、光源からの光を入射する入射面と、前記入射面から入射した前記光を車両搭載状態における前後方向の前方に向けて内面反射する第１反射面と、前記第１反射面で反射された前記光の一部を前記前後方向の前方に向けて内面反射する第２反射面と、前記第２反射面の前記前後方向の後方から導光体外部側に向けて段状に設けられ、前記第１反射面で反射される前記光の一部を前記導光体外部に透過する透過面と、前記第２反射面の前記前後方向の前方から前記導光体外部側に向けて前記透過面に対向するように設けられ、前記透過面から前記導光体外部に透過した前記光を再入射する再入射面と、前記第２反射面の前記前後方向の前方の端部に一致又はほぼ一致する位置に焦点を有する曲面状であり、前記第１反射面及び前記第２反射面で内面反射された前記光、並びに、前記再入射面から入射した前記光を出射して、車両前方に配光パターンを照射する出射面とを備える。

また、前記透過面は、当該透過面を透過した前記光が前記第２反射面に沿って進行するように形成されてもよい。

また、前記透過面及び前記再入射面は、前記第２反射面に対して垂直又はほぼ垂直であってもよい。

また、前記透過面は、前記光を車両搭載状態における左右方向に拡散する拡散部を有してもよい。

また、前記第２反射面は、前記前後方向の前方の端辺の一部に、車両搭載状態における左右方向の両側から中央にかけて前記前後方向の後方側に湾曲した形状の湾曲部を有し、前記再入射面は、前記湾曲部に沿った形状を有してもよい。

また、前記第１反射面は、前記光源の光軸上であって前記光の出射方向とは反対側の位置に第１焦点を有し、前記出射面の焦点に一致及びほぼ一致する位置に第２焦点を有する楕円体面を基調とした形状であってよい。

本発明に係る車両用前照灯は、光源と、前記光源からの光を導光して出射し、車両前方に配光パターンを照射する上記の車両用導光体とを備える。

本発明によれば、光の利用効率を向上させることが可能な車両用導光体及び車両用前照灯を提供することができる。

図１は、車両用前照灯の一例を示す側面図である。 図２は、車両用導光体の一例を示す斜視図である。 図３は、車両用導光体の一例を示す断面図である。 図４は、第２反射面及び透過面の一例を示す図である。 図５は、車両用導光体に入射する光の光路の一例を示す図である。 図６は、車両前方の仮想のスクリーンに照射される配光パターンの一例を示す図である。

以下、本発明に係る車両用導光体及び車両用前照灯の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

以下の説明において、前後、上下、左右の各方向は、車両用前照灯が車両に搭載された車両搭載状態における方向であって、運転席から車両の進行方向を見た場合における方向を示す。なお、本実施形態では、上下方向は鉛直方向に平行であり、左右方向は水平方向であるとする。

図１は、車両用前照灯１００の一例を示す側面図である。図１に示す車両用前照灯１００は、後述する配光パターンＰ（図６参照）を車両前方に照射する。本実施形態では、配光パターンＰとして、例えばロービームパターンＰ１（図６参照）及びオーバーヘッドパターンＰ２（図６参照）を例に挙げて説明する。車両用前照灯１００は、光源１０と、車両用導光体２０とを備えている。本実施形態では、左側通行の道路を走行する車両に搭載する車両用前照灯１００の構成を例に挙げて説明する。

［光源］
光源１０は、本実施形態において、例えばＬＥＤやＯＬＥＤ（有機ＥＬ）などの半導体型光源、レーザ光源等が用いられる。光源１０は、光を出射する発光面１１を有する。発光面１１は、後述の車両用導光体２０の入射面２１に対向して配置される。光源１０は、基板１３に取り付けられる。基板１３は、取付部材３０に保持される。取付部材３０は、光源１０で発生した熱を放出する。

［車両用導光体］
図２は、車両用導光体２０の一例を示す斜視図である。図３は、車両用導光体２０の一例を示す断面図である。なお、図２では、車両用導光体２０のうち視線方向の裏側の構成が透けて見えるように記載している。また、図３は、光源１０の光軸を通り発光面１１に垂直な平面によって切断した断面を示している。

図２及び図３に示す車両用導光体２０は、光源１０からの光を導光して車両搭載状態における前方に出射する。本実施形態に係る車両用導光体２０は、例えば従来のプロジェクタ型の車両用前照灯におけるリフレクタ、シェード、投影レンズ等のそれぞれに対応する機能を集約させた構成である。車両用導光体２０は、入射面２１と、第１反射面２２と、第２反射面２３と、透過面２４と、再入射面２５と、出射面２６とを備える。

［入射面］
入射面２１は、光源１０に対応して設けられる。入射面２１は、例えば円錐台状に形成される。入射面２１は、第１面２１ａと、第２面２１ｂと、入射側反射面２１ｃと、を有する。第１面２１ａ及び第２面２１ｂは、光源１０からの光が入射する。第１面２１ａは、発光面１１に対向する。第１面２１ａは、平面又は光源１０側に突出する凸面である。第２面２１ｂは、光源１０の側方に配置され、光源１０の発光面１１及び第１面２１ａを囲うように円筒面状に配置される。入射側反射面２１ｃは、第２面２１ｂから入射した光を第１反射面２２に向けて反射する。

［第１反射面］
第１反射面２２は、入射面２１から入射した光を前方に向けて内面反射する。本実施形態において、第１反射面２２は、入射面２１から入射した光を所定の焦点位置Ｓに向けて反射する。焦点位置Ｓは、後述する出射面２６の焦点に一致又はほぼ一致する位置に設定される。第１反射面２２は、例えば光源１０の光軸上であって光の出射方向とは反対側の位置に第１焦点Ｆ１を有し、焦点位置Ｓに一致及びほぼ一致する位置に第２焦点Ｆ２を有する楕円体面ＥＬを基調とした形状である。なお、第１反射面２２は、上記のような楕円体面ＥＬを基調とした自由曲面に限定されず、例えば放物面を基調とした自由曲面等、他の曲面を基調とした形状であってもよい。第１反射面２２は、車両搭載状態の上部側に配置される。

［第２反射面］
第２反射面２３は、平面を基調とした形状を有する。第２反射面２３は、第１反射面２２で反射された光の一部を前方（出射面２６）に向けて内面反射する。第２反射面２３は、車両搭載状態において水平面に沿って配置される。第２反射面２３は、車両用導光体２０のうち第１反射面２２とは上下方向において反対側に配置される。つまり、本実施形態において、第２反射面２３は、車両搭載状態の下部側に配置される。

第２反射面２３は、プリズム部２３ａと、端辺２３ｂと、端辺２３ｃと、を有する。端辺２３ｂは、第２反射面２３の前方の端部に設けられる。端辺２３ｂは、直線部２３ｄ及び湾曲部２３ｅを有する。直線部２３ｄは、左右方向の両端にそれぞれ設けられる。湾曲部２３ｅは、左右方向の両側の直線部２３ｄから中央にかけて後方に湾曲する部分である。

図４は、第２反射面２３及び透過面２４の一例を示す図である。図４は、車両用導光体２０の内側から第２反射面２３及び透過面２４を見た状態を示している。図４に示すように、プリズム部２３ａは、例えば第２反射面２３の前後方向及び左右方向に複数並んだ状態で配置される。プリズム部２３ａは、第２反射面２３に到達した光を拡散する。

本実施形態において、プリズム部２３ａは、第２反射面２３の左右方向の全体に亘って設けられるが、これに限定されない。プリズム部２３ａは、第２反射面２３の左右方向の一部に設けられてもよい。また、プリズム部２３ａは、第２反射面２３のうち左右方向の両端かつ前後方向の前方側の領域には設けられない構成となっているが、これに限定されない。これらの各領域にもプリズム部２３ａが設けられてもよい。また、複数のプリズム部２３ａは、前後方向、左右方向、上下方向の形状及び寸法等が互いに異なってもよい。なお、図４では、第２反射面２３の端辺２３ｃに沿った領域にプリズム部２３ａが配置されない構成を例に挙げているが、これに限定されず、当該領域にプリズム部２３ａが配置されてもよい。つまり、プリズム部２３ａが端辺２３ｃに接する位置まで配置されてもよい。

湾曲部２３ｅは、左右方向の中央部が、後述する出射面２６の焦点位置Ｓに一致又は略一致するように配置される。湾曲部２３ｅにより、カットオフラインＣＬ（図６参照）が形成される。湾曲部２３ｅには、段差部２３ｆが設けられる。段差部２３ｆは、カットオフラインＣＬのうち斜めカットオフラインＣＬａ（図６参照）を形成する。段差部２３ｆは、カットオフラインＣＬａの傾きに応じて傾き方向が設定される。

［透過面］
透過面２４は、第２反射面２３の後方の端部から導光体外部側に向けて段状に設けられる。本実施形態において、透過面２４は、第２反射面２３のうち後方の端辺２３ｃから下方側に設けられる。透過面２４は、第１反射面２２で反射される光のうち前後方向について第２反射面２３の手前側（第２反射面２３よりも後側）に到達する一部の光を外部に透過する。透過面２４は、当該透過面２４を透過する光が第２反射面２３の外面側に沿って進行するように配置される。

透過面２４は、光を左右方向に拡散する拡散部２４ａを有する。図４に示すように、拡散部２４ａは、上下方向に帯状に延びた形状である。拡散部２４ａは、左右方向に複数並んだ状態で設けられる。本実施形態において、拡散部２４ａは、透過面２４の全体に亘って設けられるが、これに限定されない。拡散部２４ａは、透過面２４の一部に設けられてもよい。また、複数の拡散部２４ａは、形状及び寸法等が同一又はほぼ同一に設けられているが、これに限定されない。複数の拡散部２４ａは、形状及び寸法等が互いに異なってもよい。

［再入射面］
再入射面２５は、第２反射面２３のうち出射面２６側の端辺２３ｃから車両搭載状態における下方側に透過面２４と対向するように設けられる。再入射面２５は、透過面２４から外部に透過した光を再入射する。再入射面２５は、左右方向の両端から中央にかけて光源１０側に湾曲した形状を有する。

［出射面］
出射面２６は、第１反射面２２及び第２反射面２３で内面反射された光、並びに、再入射面２５から入射した光を出射して、車両前方に配光パターンＰ（図６）を照射する。出射面２６は、焦点位置Ｓに一致又はほぼ一致する位置に焦点を有するように曲面状に形成される。

［動作］
次に、上記のように構成された車両用前照灯１００の動作を説明する。図５は、車両用導光体２０に入射する光の光路の一例を示す図である。図６は、車両前方の仮想のスクリーンに照射される配光パターンＰの一例を示す図であり、左側通行の車両に対応するパターンを示している。図６において、Ｖ−Ｖ線がスクリーンの垂直線を示し、Ｈ−Ｈ線がスクリーンの左右の水平線を示す。また、ここでは、垂直線と水平線との交点が、水平方向の基準位置であるとする。

車両用前照灯１００の光源１０を点灯させることにより、発光面１１から光が放射される。この光Ｌは、入射面２１の第１面２１ａ及び第２面２１ｂから車両用導光体２０に入射する。第１面２１ａから入射した光Ｌは、第１反射面２２側に向けて進行する。第２面２１ｂから入射した光Ｌは、入射側反射面２１ｃによって第１反射面２２側に内部反射される。第１反射面２２に到達した光Ｌは、第１反射面２２において第２反射面２３に向けて内面反射される。

第１反射面２２で内面反射された光Ｌの一部分（以下、光Ｌ１と表記する）は、第２反射面２３に到達する。第２反射面２３に到達した光Ｌ１は、第２反射面２３によって内面反射され、出射面２６に到達する。また、第１反射面２２で内面反射された光Ｌの一部分（以下、光Ｌ２と表記する）は、第２反射面２３及び焦点位置Ｓを超えて出射面２６に到達する。出射面２６から出射された光Ｌ１及びＬ２は、図６に示すように、カットオフラインＣＬを有する配光パターンＰとして車両前方に照射される。なお、図６では、カットオフラインＣＬのうち斜めカットオフラインＣＬａが左側に向けて下方に傾くように形成された状態を例に挙げて説明しているが、これに限定されず、斜めカットオフラインが右側に向けて下方に傾く場合においても同様の説明が可能である。

また、第１反射面２２で内面反射された光Ｌのうち上記の光Ｌ１及び光Ｌ２以外の一部分（以下、光Ｌ３と表記する）は、例えば第２反射面２３の下方側に向けて進行し、透過面２４に到達する。透過面２４に到達した光Ｌ３は、透過面２４を透過し、第２反射面２３の外面側を当該第２反射面２３に沿って進行して、再入射面２５に入射する。再入射面２５に入射した光Ｌ３は、出射面２６の下部に到達する。この光Ｌ３は、出射面２６の下部から外部に出射される。出射面２６から出射された光Ｌ３は、図６に示すように、車両前方のうち配光パターンＰの上方にオーバーヘッドパターンＰ２として照射される。

なお、図３又は図５に示すように、光Ｌ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）は、光源１０から放射されて第１反射面２２に向かう光を逆方向に追跡すると、第１焦点Ｆ１の位置で仮想焦点を結ぶ。このため、光源１０から放射される光は、あたかも第１焦点Ｆ１で放射された光であるかのような光路で第１反射面２２に向かうことになる。

以上のように、本実施形態に係る車両用導光体２０は、光源からの光を入射する入射面２１と、入射面２１から入射した光を前方に向けて内面反射する第１反射面２２と、第１反射面２２で反射された光の一部を前方に向けて内面反射する第２反射面２３と、第２反射面２３の後方から導光体外部側に向けて段状に設けられ、第１反射面２２で反射される光の一部を導光体外部に透過する透過面２４と、第２反射面２３の前方から導光体外部側に向けて透過面２４に対向するように設けられ、透過面２４から導光体外部に透過した光を再入射する再入射面２５と、第２反射面２３の前方の端辺２３ｂに一致又はほぼ一致する位置に焦点位置Ｓを有する曲面状であり、第１反射面２２及び第２反射面２３で内面反射された光、並びに、再入射面２５から入射した光を出射して、車両前方に配光パターンＰを照射する出射面２６とを備える。

この構成によれば、入射面２１から入射して第１反射面２２で反射される光のうち、例えば第２反射面２３の手前側に向かう一部の光が透過面２４を透過し、再入射面２５を経て出射面２６に到達する。このため、第１反射面２２及び第２反射面２３によって制御しきれない光について、ロスさせることなく出射面２６に到達させることができる。これにより、光の利用効率の向上を図ることができる。

本実施形態に係る車両用導光体２０において、透過面２４は、当該透過面２４を透過した光が第２反射面２３に沿って進行するように形成される。これにより、透過面２４を透過した光を確実に再入射面２５に到達させることができる。

本実施形態に係る車両用導光体２０において、透過面２４及び再入射面２５は、第２反射面２３に対して垂直又はほぼ垂直である。これにより、透過面２４を透過した光をより確実に再入射面２５に到達させることができる。

本実施形態に係る車両用導光体２０において、透過面２４は、光を車両搭載状態における左右方向に拡散する拡散部２４ａを有する。これにより、当該光によるパターン（本実施形態では、オーバーヘッドパターンＰ２）の左右への広がりを調整することができる。また、拡散部２４ａが透過面２４に設けられる、つまり、端辺２３ｂ側に比べて焦点位置Ｓから離れている端辺２３ｃ側に設けられることにより、光が焦点位置Ｓの付近を通過する際に十分に拡散された状態となる。このため、左右への広がりを持ったオーバーヘッドパターンＰ２を形成することができる。

本実施形態に係る車両用導光体２０において、第２反射面２３は、前後方向の前方の端辺２３ｂの一部に、車両搭載状態における左右方向の両側から中央にかけて前後方向の後方側に湾曲した形状の湾曲部２３ｅを有し、再入射面２５は、湾曲部２３ｅに沿った形状を有する。したがって、再入射面２５の形状を湾曲部２３ｅに沿った構成とすることにより、第２反射面２３との間で端辺２３ｂを形成するための面を再入射面２５として用いることができる。

本実施形態に係る車両用導光体２０において、第１反射面２２は、光源１０の光軸ＡＸ上であって光の出射方向とは反対側の位置に第１焦点Ｆ１を有し、焦点位置Ｓに一致及びほぼ一致する位置に第２焦点Ｆ２を有する楕円体面ＥＬを基調とした形状である。この構成では、光源１０から放射されて第１反射面２２に向かう光を逆方向に追跡すると、第１焦点Ｆ１の位置で仮想焦点を結ぶことになる。このため、光源１０から放射される光は、あたかも第１焦点Ｆ１で放射された光であるかのような光路で第１反射面２２に向かう。これにより、第１反射面２２の構成について、従来培ってきた設計技術を適用することができるため、効率的に設計を行うことができる。

本実施形態に係る車両用前照灯１００は、光源１０と、光源１０からの光を導光して出射し、車両前方に配光パターンＰを照射する上記の車両用導光体２０とを備える。この構成によれば、光の利用効率の向上を図ることができる車両用導光体２０を備えるため、光源１０からの光を用いて車両前方に効率的に配光パターンＰを照射できる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に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で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、再入射面２５に入射する光が出射面２６の下方側に到達するように当該再入射面２５が形成される構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。再入射面２５に入射する光が出射面２６の中央部又は上方側に到達するように当該再入射面２５が形成された構成であってもよい。

また、上記実施形態では、透過面２４に拡散部２４ａが設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。透過面２４に拡散部２４ａが設けられない構成であってもよい。また、透過面２４に設けられる拡散部２４ａは、左右方向に光を拡散する構成であるが、これに限定されない。拡散部２４ａが上下方向に光を拡散する構成であってもよい。

また、上記実施形態では、第２反射面２３の端辺２３ｂが湾曲部２３ｅを有する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。第２反射面２３の端辺２３ｂは、直線状であってもよい。この場合、端辺２３ｂから下方に延びる再入射面２５は、当該端辺２３ｂに沿った平面状とすることができる。

また、上記実施形態では、第１反射面２２が、光源１０の光軸ＡＸ上であって光の出射方向とは反対側の位置に第１焦点Ｆ１を有し、焦点位置Ｓに一致及びほぼ一致する位置に第２焦点Ｆ２を有する楕円体面ＥＬを基調とした形状である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、他の形状であってもよい。

また、上記実施形態では、車両用前照灯１００において、光源１０が車両用導光体２０の下部に配置され、車両用導光体２０が斜め上方に向けて光を導光する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、車両用前照灯は、光源が車両用導光体の上部に配置され、車両用導光体２０が斜め下方に向けて光を導光する構成であってもよい。つまり、上記実施形態の構成に対して上下方向を反転させた構成であってもよい。また、車両用前照灯は、上記構成に対して前後方向を中心軸として軸回りに傾けた構成であってもよい。

ＡＸ…光軸、ＣＬ…カットオフライン、ＣＬａ…斜めカットオフライン、ＥＬ…楕円体面、Ｆ１…第１焦点、Ｆ２…第２焦点、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…光、Ｐ…配光パターン、Ｐ１…ロービームパターン、Ｐ２…オーバーヘッドパターン、Ｓ…焦点位置、１０…光源、１１…発光面、１３…基板、２０…車両用導光体、２１…入射面、２１ａ…第１面、２１ｂ…第２面、２１ｃ…入射側反射面、２２…第１反射面、２３…第２反射面、２３ａ…プリズム部、２３ｂ，２３ｃ…端辺、２３ｄ…直線部、２３ｅ…湾曲部、２３ｆ…段差部、２４…透過面、２４ａ…拡散部、２５…再入射面、２６…出射面、３０…取付部材、１００…車両用前照灯

Claims (7)

1. 光源からの光を入射する入射面と、
   前記入射面から入射した前記光を車両搭載状態における前後方向の前方に向けて内面反射する第１反射面と、
   前記第１反射面で反射された前記光の一部を前記前後方向の前方に向けて内面反射する第２反射面と、
   前記第２反射面の前記前後方向の後方から導光体外部側に向けて段状に設けられ、前記第１反射面で反射される前記光の一部を前記導光体外部に透過する透過面と、
   前記第２反射面の前記前後方向の前方から前記導光体外部側に向けて前記透過面に対向するように設けられ、前記透過面から前記導光体外部に透過した前記光を再入射する再入射面と、
   前記第２反射面の前記前後方向の前方の端部に一致又はほぼ一致する位置に焦点を有する曲面状であり、前記第１反射面及び前記第２反射面で内面反射された前記光、並びに、前記再入射面から入射した前記光を出射して、車両前方に配光パターンを照射する出射面と
   を備える車両用導光体。
2. 前記透過面は、当該透過面を透過した前記光が前記第２反射面に沿って進行するように形成される
   請求項１に記載の車両用導光体。
3. 前記透過面及び前記再入射面は、前記第２反射面に対して垂直又はほぼ垂直である
   請求項１又は請求項２に記載の車両用導光体。
4. 前記透過面は、前記光を車両搭載状態における左右方向に拡散する拡散部を有する
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両用導光体。
5. 前記第２反射面は、前記前後方向の前方の端辺の一部に、車両搭載状態における左右方向の両側から中央にかけて前記前後方向の後方側に湾曲した形状の湾曲部を有し、
   前記再入射面は、前記湾曲部に沿った形状を有する
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の車両用導光体。
6. 前記第１反射面は、前記光源の光軸上であって前記光の出射方向とは反対側の位置に第１焦点を有し、前記出射面の焦点に一致及びほぼ一致する位置に第２焦点を有する楕円体面を基調とした形状である
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の車両用導光体。
7. 光源と、
   前記光源からの光を導光して出射し、車両前方に配光パターンを照射する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の車両用導光体と
   を備える車両用前照灯。

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