JP2021136204A - 光源ユニット及び車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】見る角度によって異なる色に見えることを抑制しつつ平行光を出射可能な光源ユニット及び車両用灯具を提供する。【解決手段】光源ユニットは、異なる波長の光を発光する発光面をそれぞれ有し、それぞれの発光面が同一平面上に配置される複数の光源を有する光源部と、複数の光源からの光が混合された混合光を入射面から入射し、平行化して出射面から出射するレンズとを備え、レンズの最外周のうち光軸ＡＸからの最大距離をｒとし、混合光のうちレンズの光軸上の成分に対して５０％の光度を有する成分が放射される角度を光軸に対してαとし、レンズの最外周を含む平面を基準とした入射面側のレンズの厚さをｔとすると、複数の光源についての基準位置からレンズまでの距離ｄは、ｄ≧ｒ／ｔａｎα−ｔとなるように設定される。【選択図】図２

Description

本発明は、光源ユニット及び車両用灯具に関する。

ＬＥＤ等の光源で発光する光から平行光を得る場合、コリメータレンズを用いることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−５２１８号公報

しかしながら、異なる波長の光を発光する複数の光源を平面上に配置し、各光源から発光する光を混合させた混合光から平行光を得る場合、各光源の焦点位置が異なるため、コリメータレンズを通過する際の屈折により各光が分かれてしまう場合がある。このため、コリメータレンズから出射される平行光については、見る角度によって異なる色に見えてしまう場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、見る角度によって異なる色に見えることを抑制しつつ平行光を出射可能な光源ユニット及び車両用灯具を提供することを目的とする。

本発明に係る光源ユニットは、異なる波長の光を発光する発光面をそれぞれ有し、それぞれの前記発光面が同一平面上に配置される複数の光源を有する光源部と、複数の前記光源からの光が混合された混合光を入射面から入射し、平行化して出射面から出射するレンズとを備え、前記レンズの最外周のうち光軸からの最大距離をｒとし、前記混合光のうち前記レンズの光軸上の成分に対して５０％の光度を有する成分が放射される角度を前記光軸に対してαとし、前記レンズの前記最外周を含む平面を基準とした前記入射面側の前記レンズの厚さをｔとすると、複数の前記光源についての基準位置から前記レンズまでの距離ｄは、
ｄ≧ｒ／ｔａｎα−ｔ
となるように設定される。

また、前記距離ｄは、前記レンズから出射される前記光の出射角が前記光軸に対して６０°以下となるように設定されてもよい。

また、前記光源は、３つ設けられ、３つの前記光源は、前記レンズ側から見て正三角形の頂点の位置に配置されてもよい。

また、複数の前記光源からの光を前記レンズに向けて反射するリフレクタを更に備えてもよい。

また、前記レンズは、前記入射面が複数の前記光源側に突出し、前記出射面が前記最外周を含む平面に沿って平面状に形成されてもよい。

また、前記レンズは、前記出射面にプリズム部を有してもよい。

本発明に係る車両用灯具は、上記の光源ユニットを備える。

本発明によれば、見る角度によって異なる色に見えることを抑制しつつ平行光を出射可能な光源ユニット及び車両用灯具を提供することができる。

図１は、光源ユニットの一例を示す分解斜視図である。 図２は、光源ユニットの断面構成の一例を示す図である。 図３は、基板上における複数の光源の配置の一例を示す図である。 図４は、３つの光源から光が照射される様子を模式的に示す図である。 図５は、図４におけるＡ−Ａ断面を模式的に示す図である。 図６は、図４におけるＢ−Ｂ断面を模式的に示す図である。 図７は、基板上における複数の光源の配置の変形例を示す図である。 図８は、基板上における複数の光源の配置の変形例を示す図である。 図９は、車両用灯具の一例を示す図である。

以下、本発明に係る光源ユニット及び車両用灯具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は、水平面と平行な地面に配置された車両に車両用灯具が搭載された車両搭載状態において、運転席に搭乗した運転者を基準として、前、後、上、下、左、及び右という用語を用いて各部の位置関係について説明する。前後、上下、左右の各方向は、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、前後方向及び左右方向は水平方向に平行であるとする。

図１は、光源ユニット１００の一例を示す分解斜視図である。図２は、光源ユニット１００の断面構成の一例を示す図である。図１及び図２に示すように、光源ユニット１００は、光源部１０と、リフレクタ２０と、レンズ３０とを備える。光源ユニット１００は、車両に搭載されるコミュニケーションランプ等の車両用灯具の光源として用いられる。コミュニケーションランプは、例えば周囲の車両又は歩行者等に情報を伝達するためのランプである。

光源部１０は、複数の光源１１と、これらの複数の光源１１を保持する基板１２とを有する。光源１１は、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。本実施形態において、光源部１０は、複数の光源１１として、赤色光源１１Ｒと、緑色光源１１Ｇと、青色光源１１Ｂとを有する。

赤色光源１１Ｒは、発光面１１ｄを有する。赤色光源１１Ｒは、発光面１１ｄから赤色光を発光する。緑色光源１１Ｇは、発光面１１ｅを有する。緑色光源１１Ｇは、発光面１１ｅから緑色光を発光する。青色光源１１Ｂは、発光面１１ｆを有する。青色光源１１Ｂは、発光面１１ｆから青色光を発光する。発光面１１ｄ、１１ｅ、１１ｆは、同一平面状に配置される。発光面１１ｄ、１１ｅ、１１ｆは、例えば、それぞれランバーシアン分布を形成するように赤色光、緑色光、青色光を放射する。

図３は、基板１２上における複数の光源１１の配置の一例を示す図である。図３に示すように、３つの光源１１は、例えば三角形の頂点の位置に１つずつ配置される。本実施形態において、３つの光源１１は、例えば正三角形の頂点の位置に１つずつ配置される。具体的には、赤色光源１１Ｒは、焦点ＰＲが正三角形の１つの頂点に配置される。緑色光源１１Ｇは、焦点ＰＧが正三角形の他の頂点に配置される。青色光源１１Ｂは、焦点ＰＧが正三角形の更に他の頂点に配置される。

この場合、当該正三角形の重心位置は、３つの光源１１の焦点ＰＲ、ＰＧ、ＰＢを含む円の中心の位置に対応する。以下、この焦点ＰＲ、ＰＧ、ＰＢを含む円の中心の位置を基準位置Ｐと表記する。また、赤色光源１１Ｒの焦点ＰＲと緑色光源１１Ｇの焦点ＰＧとの間の距離ｄ１と、緑色光源１１Ｇの焦点ＰＧと青色光源１１Ｂの焦点ＰＢとの間の距離ｄ２と、青色光源１１Ｂと赤色光源１１Ｒとの間の距離ｄ３とが等しい。

図４は、３つの光源１１から光が照射される様子を模式的に示す図である。図４に示すように、光源部１０では、赤色光源１１Ｒから放射される赤色光ＬＲと、緑色光源１１Ｇから放射される緑色光ＬＧと、青色光源１１Ｂから放射される青色光ＬＢとが混合された混合光（白色光）が生成される。

図５は、図４におけるＡ−Ａ断面を模式的に示す図である。図６は、図４におけるＢ−Ｂ断面を模式的に示す図である。図５及び図６に示すように、光源部１０で生成された混合光ＬＷは、放射方向の前方に向けて断面視における面積が大きくなる。なお、図４から図６では、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢと混合光ＬＷとの関係をわかりやすく示すため、混合光ＬＷの領域を狭く表示している。実際の構成では、図４の側面視、図５のＡ−Ａ断面視又は図６のＢ−Ｂ断面視において、ほとんどの領域を混合光ＬＷが占めることになり、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢが占める割合は極めて小さくなる。したがって、本実施形態では、光源部１０の３つの光源１１の中心である基準位置Ｐから混合光ＬＷがランバーシアン分布を形成するように放射されると近似して考えることができる。

図１及び図２に示すように、リフレクタ２０は、筒状であり、光源部１０からの混合光ＬＷをレンズ３０に向けて反射する。リフレクタ２０は、内周側に反射面２１を有する。反射面２１は、回転楕円面又は当該回転楕円面を基調とした自由曲面となっている。図２に示すように、リフレクタ２０は、光源部１０側の端部が基板１２に接する状態で配置される。また、リフレクタ２０は、レンズ３０側の端部がレンズ３０の最外周３０ａとの間にわずかな隙間を空けて囲うように配置される。このため、光源部１０からの混合光ＬＷが外部に漏れることを抑制し、当該混合光ＬＷを効率よくレンズ３０側に供給することができる。

レンズ３０は、光源部１０からの混合光ＬＷを平行化するコリメータレンズである。レンズ３０は、例えばポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂等の樹脂材料によって形成される。レンズ３０は、例えば不図示のレンズホルダに支持される。レンズ３０は、リフレクタ２０に直接保持されてもよい。レンズ３０は、焦点（図示せず）と、光軸ＡＸとを有する。レンズ３０の光軸ＡＸは、リフレクタ２０の光軸と一致もしくはほぼ一致する。レンズ３０の光軸ＡＸは、光源部１０の基準位置Ｐを通過する。

レンズ３０は、入射面３１及び出射面３２を有する。入射面３１は、光源部１０側に向けて突出している。出射面３２は、レンズ３０の最外周３０ａを含む平面に沿って平面状に形成される。出射面３２には、プリズム部３３が設けられる。プリズム部３３により、出射面３２から出射される光を拡散することができる。本実施形態において、レンズ３０の最外周３０ａの形状は、円形である。なお、レンズ３０の最外周３０ａの形状は、円形に限定されず、三角形、四角形等の多角形であってもよいし、楕円形等であってもよい。また、レンズ３０の最外周３０ａの形状は、これらの他に任意の形状とすることができる。

本実施形態のように、異なる波長の光を発光する複数の光源１１を平面上に配置し、各光源１１から発光する光を混合させた混合光ＬＷから平行光を得ようとする場合、各光源１１の焦点ＰＲ、ＰＧ、ＰＢが互いに異なるため、レンズ３０を通過する際の屈折により各光が分かれてしまう場合がある。このため、レンズ３０から出射される平行光については、見る角度によって異なる色に見えてしまう場合がある。そこで、見る角度によって異なる色に見えることを抑制しつつ平行光を出射するため、本実施形態では、複数の光源１１の基準位置Ｐとレンズ３０との距離ｄを以下のように設定している。以下、距離ｄの設定について説明する。

本実施形態では、見る角度によって異なる色に見えることを抑制するため、レンズ３０に直接入射する各色の光度差を小さくし、直進性の高い光を選択してレンズ３０に直接入射させるように距離ｄを設定する。つまり、レンズ３０に直接入射する各色の光度差を小さくすることで、各色が均等に混合しやすくなるため、レンズ３０の出射面３２において色が分離し難くなる。また、直進性の高い光がレンズ３０に直接入射することにより、レンズ３０を通過する際の屈折角度が小さくなるため、色が分離し難くなる。

図２に示すように、本実施形態では、レンズ３０の最外周３０ａを含む平面Ｓを基準とした入射面側のレンズ３０の厚さ、つまり、平面Ｓと入射面３１における光源部１０側の端部３１ａとの距離をｔとし、平面Ｓと基準位置Ｐとの距離をｄ０とすると、基準位置Ｐからレンズ３０（端部３１ａ）までの距離ｄは、
ｄ＝ｄ０−ｔ ・・・（式１）
と表すことができる。

また、レンズ３０の最外周３０ａのうち光軸ＡＸからの最大距離をｒとし、混合光ＬＷのうち光軸ＡＸ上の成分に対して５０％の光度を有する成分が放射される角度を光軸に対してαとすると、
ｄ０＝ｒ／ｔａｎα ・・・（式２）
と表すことができる。なお、本実施形態において、レンズ３０の最外周３０ａが円形であるため、最大距離ｒは、レンズ３０の最外周３０ａの半径となる。

ここで、レンズ３０の入射面３１に対して、混合光ＬＷのうち光軸ＡＸ上の成分に対して光度が５０％以上となる成分がレンズ３０に直接入射し、かつ、光度が５０％未満となる成分がレンズ３０に直接入射しないようにするためには、
ｄ０≧ｒ／ｔａｎα ・・・（式３）
とする必要がある。

したがって、式１から式３に鑑みて、距離ｄは、
ｄ≧ｒ／ｔａｎα−ｔ ・・・（式４）
となるように設定することができる。

更に、距離ｄは、レンズ３０の出射面３２から出射される混合光ＬＷの出射角βが光軸ＡＸに対して６０°以下となるように設定することができる。

上記のように構成された光源ユニット１００は、光源部１０を点灯させる旨の信号が入力された場合、赤色光源１１Ｒの発光面１１ｄから赤色光ＬＲが放射され、緑色光源１１Ｇの発光面１１ｅから緑色光ＬＧが放射され、青色光源１１Ｂの発光面１１ｆから青色光ＬＢが放射される。このように放射された赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢが混合され、混合光ＬＷが生成される。

本実施形態では、複数の光源１１の基準位置Ｐとレンズ３０との距離ｄが上記（式４）に示す態様で設定されるため、生成された混合光ＬＷのうち、光軸ＡＸ上の成分に対して５０％以上の光度を有する成分が直接レンズ３０に入射する。このため、レンズ３０に直接入射する各色の光度差が小さくなる。また、直進性の高い光がレンズ３０に直接入射する。このため、レンズ３０を通過する際の屈折角度が小さくなる。したがって、レンズ３０を通過する際の色が分離し難くなる。

以上のように、本実施形態に係る光源ユニット１００は、異なる波長の光を発光する発光面１１ｄ、１１ｅ、１１ｆをそれぞれ有し、それぞれの発光面１１ｄ、１１ｅ、１１ｆが同一平面上に配置される複数の光源１１を有する光源部１０と、複数の光源１１からの光が混合された混合光ＬＷを入射面３１から入射し、平行化して出射面３２から出射するレンズ３０とを備え、レンズ３０の最外周３０ａのうち光軸ＡＸからの最大距離をｒとし、混合光ＬＷのうち光軸ＡＸ上の成分に対して５０％の光度を有する成分が放射される角度を光軸ＡＸに対してαとし、レンズ３０の最外周３０ａを含む平面Ｓを基準とした入射面３１側のレンズ３０の厚さをｔとすると、複数の光源１１についての基準位置Ｐからレンズ３０までの距離ｄは、
ｄ≧ｒ／ｔａｎα−ｔ
となるように設定される。

この構成によれば、生成された混合光ＬＷのうち、光軸ＡＸ上の成分に対して５０％以上の光度を有する成分が直接レンズ３０に入射する。このため、レンズ３０に直接入射する各色の光度差が小さくなる。また、直進性の高い光がレンズ３０に直接入射する。このため、レンズ３０を通過する際の屈折角度が小さくなる。したがって、レンズ３０を通過する際の色が分離し難くなる。これにより、見る角度によって異なる色に見えることを抑制しつつ平行光を出射可能となる。

本実施形態に係る光源ユニット１００において、距離ｄは、レンズ３０から出射される光の出射角が光軸に対して６０°以下となるように設定される。出射面３２から出射される光を基準として距離ｄを設定することにより、見る角度によって異なる色に見えることを効率的に抑制することができる。

本実施形態に係る光源ユニット１００において、光源１１は、３つ設けられ、３つの光源１１は、レンズ３０側から見て正三角形の頂点の位置に配置される。この構成では、３つの光源１１の間で対称性を確保することができる。これにより、見る角度によって異なる色に見えることをより効果的に抑制することができる。

本実施形態に係る光源ユニット１００は、複数の光源１１からの光をレンズ３０に向けて反射するリフレクタ２０を更に備える。出射面３２から出射される光の光量を確保することができる。

本実施形態に係る光源ユニット１００において、レンズ３０は、入射面３１が複数の光源１１側に突出し、出射面３２が最外周３０ａを含む平面Ｓに沿って平面状に形成される。これにより、出射面３２を平面状とすることで、例えば出射面３２を平面状の意匠面に沿った形状とすることができる。

本実施形態に係る光源ユニット１００において、レンズ３０は、出射面３２にプリズム部３３を有してもよい。これにより、出射面３２から出射される光を拡散することができる。

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、複数の光源１１がレンズ３０側から見て正三角形の頂点の位置に配置された構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。

図７及び図８は、基板１２上における複数の光源１１の配置の変形例を示す図である。図７に示すように、複数の光源１１は、直線状に配置されてもよい。図７では、図中の左側から赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇ、青色光源１１Ｂの順で配置された例が示されているが、これに限定されない。図７において、最も左側の光源１１の焦点（赤色光源１１Ｒの焦点ＰＲ）と中央の光源１１の焦点（緑色光源１１Ｇの焦点ＰＧ）との距離ｄ４と、中央の光源１１の焦点（緑色光源１１Ｇの焦点ＰＧ）と最も右側の光源１１の焦点（青色光源１１Ｂの焦点ＰＢ）との距離ｄ５とが等しくてもよい。この場合、３つの光源１１の基準位置Ｐは、例えば中央の光源１１の焦点に一致する。

また、図８に示すように、複数の光源１１は、マトリクス状に配置されてもよい。図８では、光源１１が４つ設けられた場合を例に挙げている。光源１１が４つの場合、赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇ及び青色光源１１Ｂのうち一種類を２つ設けることができる。図８では、緑色光源１１Ｇを２つ設ける場合を例に挙げているが、これに限定されず、赤色光源１１Ｒ又は青色光源１１Ｂが２つ設けられてもよい。図８では、４つの光源１１の焦点が正方形の頂点に配置された場合を示しているが、これに限定されない。

図８では、４つの光源１１のうち、左上の光源１１の焦点（赤色光源１１Ｒの焦点ＰＲ）と右上の光源１１の焦点（緑色光源１１Ｇａの焦点ＰＧａ）との距離ｄ６と、左上の光源１１の焦点（赤色光源１１Ｒの焦点ＰＲ）と左下の光源１１の焦点（緑色光源１１Ｇｂの焦点ＰＧｂ）との距離ｄ７と、右上の光源１１の焦点（緑色光源１１Ｇａの焦点ＰＧａ）と右下の光源１１の焦点（青色光源１１Ｂの焦点ＰＢ）との距離ｄ８と、左下の光源１１の焦点（緑色光源１１Ｇｂの焦点ＰＧｂ）と右下の光源１１の焦点（青色光源１１Ｂの焦点ＰＢ）との距離ｄ９とが等しい。４つの光源１１の基準位置Ｐは、例えば正方形の中心の位置に一致する。

図９は、上記実施形態に係る光源ユニット１００を搭載した車両用灯具２００の一例を示す図である。車両用灯具２００としては、例えばコミュニケーションランプが挙げられる。また、コミュニケーションランプは、ヘッドランプ、フォグランプ、クリアランスランプ、ターンシグナルランプ、デイタイムランニングランプ等のうち少なくとも１つの機能を備えていてもよい。

図９に示すように、車両用灯具２００は、光源ユニット１００を複数有する。複数の光源ユニット１００は、レンズ３０の最外周３０ａの形状が三角形状である。複数の光源ユニット１００の点灯状態を調整することにより、周囲の車両又は歩行者等に情報を伝達することができる。なお、車両用灯具２００は、コミュニケーションランプに限定されず、上記の他の種類のランプであってもよい。

ＡＸ…光軸、ＬＲ…赤色光、ＬＧ…緑色光、ＬＢ…青色光、ＬＷ…混合光、Ｐ…基準位置、ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ…焦点、Ｓ…平面、１０…光源部、１１…光源、１１Ｂ…青色光源、１１Ｇ…緑色光源、１１Ｒ…赤色光源、１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ…発光面、１２…基板、２０…リフレクタ、２１…反射面、３０…レンズ、３０ａ…最外周、３１…入射面、３１ａ…端部、３２…出射面、３３…プリズム部、１００…光源ユニット、２００…車両用灯具

Claims (7)

1. 異なる波長の光を発光する発光面をそれぞれ有し、それぞれの前記発光面が同一平面上に配置される複数の光源を有する光源部と、
   複数の前記光源からの光が混合された混合光を入射面から入射し、平行化して出射面から出射するレンズと
   を備え、
   前記レンズの最外周のうち光軸からの最大距離をｒとし、前記混合光のうち前記レンズの前記光軸上の成分に対して５０％の光度を有する成分が放射される角度を前記光軸に対してαとし、前記レンズの前記最外周を含む平面を基準とした前記入射面側の前記レンズの厚さをｔとすると、複数の前記光源についての基準位置から前記レンズまでの距離ｄは、
   ｄ≧ｒ／ｔａｎα−ｔ
   となるように設定される
   光源ユニット。
2. 前記距離ｄは、前記レンズから出射される前記光の出射角が前記光軸に対して６０°以下となるように設定される
   請求項１に記載の光源ユニット。
3. 前記光源は、３つ設けられ、
   ３つの前記光源は、前記レンズ側から見て正三角形の頂点の位置に配置される
   請求項１又は請求項２に記載の光源ユニット。
4. 複数の前記光源からの光を前記レンズに向けて反射するリフレクタを更に備える
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光源ユニット。
5. 前記レンズは、前記入射面が複数の前記光源側に突出し、前記出射面が前記最外周を含む平面に沿って平面状に形成される
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光源ユニット。
6. 前記レンズは、前記出射面にプリズム部を有する
   請求項５に記載の光源ユニット。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光源ユニットを備える車両用灯具。

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