JP3985651B2 - 光束反射プリズム及び光束反射プリズムを用いた車両用灯具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射面に入射された水平光束を出射面より水平光束として出射させることが可能な光束反射プリズム及び光束反射プリズムを用いた車両用灯具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両用灯具は、その設置箇所、設置面積等が法令で規定されており、例えば、ストップランプやテールランプ等の車両用灯具は、車両後部の一定面積を灯火させることが義務づけられている。このため、少数のバルブ光源を用いて一定面積を均等に点灯させる必要が生じる。
【０００３】
図９は、バルブ光源を用いて一定面積を均等に点灯させる車両用灯具の一例としてハイマウントストップランプを示した平面図である。
【０００４】
ハイマウントストップランプ１は、前面開口２ａ及び上面開口２ｂを備えるランプハウジング２と、ランプハウジング２に保持されたバルブ（詳細形状省略）３と、バルブ３から出射された光束ｐ１，ｐ２を前面開口２ａ方向に進む水平光束にして反射させる光束反射部４と、前面開口２ａに装着されて光束反射部４により反射された水平光束を拡散させるアウターレンズ５とを備えている。
【０００５】
光束反射部４は、バルブ３を囲むように設置されてバルブ３の光束ｐ１、ｐ２を水平光束に変換するインナーレンズ部６と、インナーレンズ部６を介して左右側方に透過された水平光束ｐ１を前面開口２ａにむけて直交方向に反射させる光束反射プリズム７とを備えている。
【０００６】
光束反射プリズム７は、水平光束が入射される入射面７ａと、水平光束を出射する出射面７ｂと、入射面７ａから入射された光束ｐ１を出射面７ｂに向けて反射させる反射面７ｃとを備えている。光束反射プリズム７は、交互に連結して階段状を呈する複数の入射面７ａ及び反射面７ｂと、一枚の平板からなる反射面７ｃとを備えて透明樹脂によって一体に形成されている。
【０００７】
ここで、図１０に示すように、入射面７ａに入射された水平光束ｐ１を入射方向に対して９０度水平方向に曲げて水平光束として出射面７ｂから出射させるためには、入射面７ａと出射面７ｂとの水平断面上の角度θ１が直角であると共に、反射面７ｃと入射面７ａの延長面との挟角θ２、および反射面７ｃと出射面７ｂの延長面との挟角θ３が４５°であることが好ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の如く構成された光束反射プリズム７を透明樹脂による一体成形品として作る場合に、成形用金型の型抜き方向が問題となる。従来、図１１に示すように金型８の型抜きを行う場合には、出射面７ｂから平行光束が出射する方向に水平に金型８を抜く方法が用いられており、図１１に示す矢印ａ方向に成形金型を抜くことが一般的であった。このため、入射面７ａは金型８の抜き度面に該当するので、図１２に示すように入射面７ａに抜き度φの傾斜を設ける必要が生じていた。
【０００９】
さらに、入射面７ａが角度φの傾きを有しているので入射面７ａより入射された水平光束ｐ１は、入射面７ａにおいて入射光の進行方向が変わって（入射光が屈折して）しまう。このため、入射面７ａの傾きにより進行方向が変わった光束ｐ１を反射面７ｃで反射させて出射面７ｂより平行光束として出射させるためには、図１２に示すように、出射面７ｂも角度φの傾斜を設ける必要が生ずる。従って、水平断面上における入射面７ａと反射面７ｂとの挟角θ４が直角よりも大きく開いた角度（９０度＋２φ）となってしまっていた。
【００１０】
しかしながら、上述のように入射面７ａと反射面７ｂとの挟角θ４が直角よりも大きく開いた角度となると、入射面７ａ及び反射面７ｂの傾斜角度の調整が必要となるので、入射面７ａと反射面７ｂとの挟角を直角とすることが望まれていた。
【００１１】
さらに、金型の抜き方向を入射面７ａ及び出射面７ｂの起立方向とする場合には、入射面７ａ及び出射面７ｂに対して角度φの傾斜を設ける必要に乏しい。
【００１２】
本発明は、上記問題を解決するため、入射面と出射面とを水平断面上で直交させ、さらに水平光束として入射面に入射された入射光を９０度水平方向に曲げて出射面より水平光束として出射させることが可能な光束反射プリズム及び光束反射プリズムを用いた車両用灯具を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
その目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ＸＹＺ直交座標系において、Ｘ軸方向に進む水平光束が入射される入射平面と、該入射平面より入射されて内部を透過する光束を出射平面方向に反射させる反射平面と、該反射平面により反射された光束を逆Ｙ軸方向に進む水平光束にして出射させる出射平面とを備えた光束反射プリズムにおいて、前記入射平面は、ＹＺ平面に対してＹ軸を中心としてＸ軸方向に第１所定角度傾斜され、前記出射平面は、ＸＺ平面に対してＸ軸を中心としてＹ軸方向に第２所定角度傾斜され、前記反射平面は、ＹＺ平面と４５度で交差しかつＸＺ平面に４５度で交差する交差平面であって前記入射平面から入射されて前記反射平面へ進入する入射光と、該入射光が前記反射平面において反射されて前記出射平面へと進む出射光とが前記反射平面の法線により線対称となるように傾斜されている光束反射プリズムであることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光束反射プリズムにおいて、前記第１所定角度及び前記第２所定角度をαとし、前記反射面における法線とＺ軸とを通るＺ軸−法線平面と、前記反射面との交線と、前記Ｚ軸−法線平面と前記交差平面との交線とによりなす角をβとし、前記光束反射プリズムの屈折率をｎとした場合に、
【００１５】
【数１】

【００１６】
の関係式が成り立つことを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光束反射プリズムにおいて、一枚板状の反射平面に対して、前記入射平面と前記出射平面とが交互に連結することによって階段形状を呈するように配設されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３に記載した光束反射プリズムと、バルブから出射された光束を水平光束として前記光束反射プリズムの前記入射平面に入射させるインナーレンズと、前記光束反射プリズムの前記出射平面から出射された水平光束を拡散させるアウターレンズとを備える車両用灯具であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光束反射プリズムを用いた車両用灯具について、図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る車両用灯具の一例としてハイマウントストップランプを示した斜視図であり、図２は平面図である。
【００２１】
図１において、ハイマウントストップランプ１１は、前面開口１２ａ及び上面開口１２ｂを備えるランプハウジング１２と、ランプハウジング１２に保持されたバルブ（詳細形状省略）１３と、バルブ１３から出射された光束ｐ３，ｐ４を前面開口１２ａ方向へ進む水平光束にして反射させる光束反射部１４と、前面開口１２ａに装着されて光束反射部１４により変換された水平光束を拡散させるアウターレンズ１５とを備えている。
【００２２】
ランプハウジング１２には、ハイマウントストップランプ１１を車両本体に係止するための係止片１６と係止突起１７とが左右一対に設けられており、係止片１６は、光束反射部１４を係止するための係止部１８と一体となって上面開口１２ｂ縁部の前面開口１２ａ近傍に形成されている。
【００２３】
バルブ１３は、ランプハウジング１２の略中央に設けられており、光束反射部１４は、バルブ１３を囲むようにして形成されるインナーレンズ部２０と、インナーレンズ部２０の後端部２０ａからランプハウジング１２の前面開口１２ａ縁部に向けて延びる光束反射プリズム２１とを備えている。
【００２４】
インナーレンズ部２０は、バルブ１３の光束ｐ３、ｐ４を水平光束に変換し、光束反射プリズム２１は、インナーレンズ部２０を介して左右側方に透過された水平光束ｐ３の進行方向を前面開口１２ａにむけて直角に反射させる。
【００２５】
光束反射プリズム２１は、屈折率ｎの透明樹脂によって形成されており、図３に示すように、インナーレンズ部２０により水平光束とされた入射光が入射される入射面２１ａと、入射面２１ａより光束反射プリズム２１内に入射された入射光を出射面２１ｂに反射させる反射面２１ｃと、反射面２１ｃにより反射された光束を再度水平光束としてハウジング１２の前面開口１２ａへ出射させる出射面２１ｂとを備えており、入射面２１ａ、出射面２１ｂ、反射面２１ｃは水平光束と平行な底平面１４ａに立設されている。
【００２６】
図４に示す図３のＡ−Ａ断面図に示すように、入射面２１ａは、インナーレンズ部２０より入射される水平光束Ｐ３に垂直な仮想の入射垂直平面２２を底平面１４ａとの交線２２ａを中心としてインナーレンズ部２０に離反する方向へ角度αだけ傾斜させた平面であり、出射面２１ｂは、図５に示すように、出射面２１ｂより水平光束として出射される出射光に垂直な仮想の出射垂直平面２３を底平面１４ａとの交線２３ａを中心としてランプハウジング１２の前面開口１２ａに離反する方向へ角度αだけ傾斜させた平面である。
【００２７】
また、図３に示すように、入射面の幅ｄ１と出射面の幅ｄ２は等距離（ｄ１＝ｄ２）であり、入射面２１ａと出射面２１ｂとは挟角が９０度となるように交互に連結して階段形状を呈する入反射面２１ｄを形成している。
【００２８】
反射面２１ｃは、図３、図６に示すように、入射垂直平面２２の延長平面及２２ｂ及び出射垂直平面２３の延長平面２３ｂに対して４５度の角度で交わる平面２４を、底平面１４ａとの交線２４ａを中心として入出射面２１ｄから離反する方向に角度βだけ傾斜させた平面である。
【００２９】
図７は、入射面２１ａと出射面２１ｂと反射面２１ｃとの位置関係を示すために各面をＸＹＺ直交座標系上に示した図である。ＸＹＺ直交座標系において、インナーレンズ部２０により水平光束とされた光束ｐ３はＸ軸方向に進むものとする。入射面２１ａは、ＹＺ平面に対してＹ軸を中心としてＸ軸方向に角度αだけ傾斜されており、出射面２１ｂは、ＸＺ平面に対してＸ軸を中心としてＹ軸方向に角度αだけ傾斜されている。
【００３０】
反射面２１ｃは、ＹＺ平面と４５度で交差しかつＸＺ平面に４５度で交差する交差平面２４であって反射面２１ｃの法線が入射面２１ａから入射されて反射面２１ｃへ進入する入射光ｐ３ａと、入射光ｐ３ａが反射面２１ｃにおいて反射されて出射面２１ｂへと進む出射光とが反射面２１ｃの法線２１ｆにより線対称となるように傾斜されており、この傾斜角、すなわち法線２１ｆとＺ軸とを通るＺ軸−法線平面と反射面との交線と、Ｚ軸−法線平面と交差平面２４との交線とによりなる挟角がβとなる。
【００３１】
具体的な角度αと角度βとの関係は、透明樹脂の屈折率をｎ用いて、以下の関係となる。
【００３２】
【数１】

【００３３】
上記構成により、入射面２１ａと反射面２１ｂとは水平断面（図７に示すＸＹ平面に水平な平面）上で直交するので、図３に示す入射角２１ａと出射角２１ｂとの挟角は直角となり、また、水平断面上において、反射面２１ｃと入射面２１ａの延長平面及び出射面２１ｂの延長平面との挟角は４５度となる。
【００３４】
このように入射面２１ａおよび出射面２１ｂが角度αで傾斜され、反射面２１ｃが角度βで傾斜されているので、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光束反射プリズム２１の形成を行う金型２７，２８の抜き方向を、矢印ｂ，ｃに示すように互いに離反する方向とすることによって、傾斜αと傾斜βとが抜き度としての役割を果たし、型抜きを円滑且つ精度良く行うことが可能となる。
【００３５】
次に、このようにして構成された光束反射プリズム２１の光束の透過経路について説明する。
【００３６】
バルブ１３により照射された照射光ｐ３、ｐ４は、インナーレンズ部２０を透過することにより水平光束にされる。インナーレンズ部２０を透過した水平光束のうち、左右側方に透過した光束ｐ３は光束反射プリズム２１の入射面２１ａへ水平に入射される。光束ｐ３が入射面２１ａより光束反射プリズム２１内に進入すると、入射面２１ａが角度αだけ傾斜しているので、入射された光束は図４に示すように、角度αの傾斜により僅かに下向きに角度Γ（＝Sin^-1（ｎSinα） ｎ：屈折率）だけ進行方向を変更（屈折）して反射面２１ｃへと進み、図４に示した垂直断面において反射面２１ｃに対して直角に入射する。反射面２１ｃに達した光束は、入射された光束を出射面２１ｂ方向へ水平方向９０度進行方向を変え、さらに、反射面２１ｃにより反射された光束が図５に示すように、出射面２１ｂに角度Γで入射されるように反射される。
【００３７】
このとき、入射面２１ａにおいて光束の進行方向が曲げられた角度と出射面２１ｂに光束が進入する角度とが共に角度Γ（＝Sin^-1（ｎSinα））であり、さらに、入射面２１ａの傾斜と出射面２１ｂの傾斜とは角度αで等しいので、入射面２１ａに入射された水平光束が出射面２１ｂにおいて水平光束として出射される。出射面２１ｂより出射された水平光束は、アウターレンズ１５において拡散される。
【００３８】
このように、インナーレンズ部２０でバルブ光を水平光束にしてから光束反射プリズム２１により前面開口１２ａに向けて水平光束を照射させることができるので、バルブ光によりアウターレンズ１５全体を均等に灯火させることが可能となる。
【００３９】
以上、説明したように、入射面２１ａ、出射面２１ｂ、反射面２１ｃを傾斜させることによって、上下方向に型抜きする金型を用いて光束反射プリズムを形成する場合に、入射面２１ａ、出射面２１ｂ、反射面２１ｃが抜き度面となるので、入射面２１ａと出射面２１ｂとを水平断面上で直交（９０度）するように配設することができる。このため、入射面２１ａに入射された水平光束を９０度曲げて出射面２１ｂより水平光束として出射させるための入射面２１ａと出射面２１ｂとの角度調整が容易となる。
【００４０】
以上、本発明に係る光束反射プリズム２１を用いた車両用灯具を、ハイマウントストップランプ１１として使用した例を説明したが、本発明はハイマウントストップランプ１１に限定されるものではなく、例えば、リヤコンビネーションランプやフロントターンシグナルランプ等の他の車両用灯具に適用することも可能であり、その他の光学分野（例えば、光センサー等）においても、光束（例えば、レーザービーム等）を直角方向に反射（屈折）させたい場合に適用することができる。
【００４１】
また、本発明の実施の形態では、複数の入射面２１ａと出射面２１ｂとを交互に連結させて階段形状とした入反射面２１ｄを用いて説明を行ったが、必ずしも入射面２１ａと出射面２１ｂとを階段形状とする必要はなく、入射面２１ａ、出射面２１ｂ、反射面２１ｃが各一面ずつ構成された三角柱状の光束反射プリズムを用いる場合であっても良く、本発明と同様の効果を奏させることが可能である。さらに、上記実施の形態で示した構成で、例えば、インナーレンズ部２０やアウターレンズ１５の機能や形状等は図示に示したものに限定されるものではない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の光束反射プリズムにあっては、以上説明したように構成したことにより、上下方向に型抜きする金型を用いて光束反射プリズムを形成する場合には、入射平面、出射平面、反射平面が抜き度面となり、金型の型抜きを円滑且つ精度良く行うことが可能となる。また、入射平面と出射平面とが水平断面上で直交（９０度）となるように配設することができるので、入射平面と出射平面との角度調整が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用灯具の一例として説明したハイマウントストップランプを示した斜視図である。
【図２】図１に示したハイマウントストップランプを示した平面図である。
【図３】図１に示したハイマウントストップランプにおける光束反射プリズムを拡大して示した斜視図である。
【図４】図３に示した光束反射プリズムにおけるＡ−Ａ断面を示した図である。
【図５】図３に示した光束反射プリズムにおけるＢ−Ｂ断面を示した図である。
【図６】図３に示した光束反射プリズムにおけるＣ−Ｃ断面を示した図である。
【図７】図１に示した光束反射プリズムの入射面、出射面、反射面の位置関係を、ＸＺＹ直交座標系を用いて示した斜視図である。
【図８】図１に示した光束反射プリズムにおける型抜き過程を示した断面図で、（Ａ）は金型が離反する方向に移動する前の様子を示した断面図であり、（Ｂ）は金型が離反する方向に移動した後の様子を示した図である。
【図９】従来のハイマウントストップランプを示した平面図である。
【図１０】理想的な入射面と出射面の位置関係を示した図である。
【図１１】従来の光束反射プリズムにおける型抜き過程を示した断面図である。
【図１２】従来の光束反射プリズムにおいて型抜き処理が施された後の入射面と出射面との位置関係を示した水平断面図である。
【符号の説明】
１、１１ ハイマウントストップランプ（車両用灯具）
４、１４ 光束反射部
６、２０ インターレース部
７、２１ 光束反射プリズム
７ａ、２１ａ 入射面（入射平面）
７ｂ、２１ｂ 出射面（出射平面）
７ｃ、２１ｃ 反射面（反射平面）

Claims (4)

1. ＸＹＺ直交座標系において、Ｘ軸方向に進む水平光束が入射される入射平面と、該入射平面より入射されて内部を透過する光束を出射平面方向に反射させる反射平面と、該反射平面により反射された光束を逆Ｙ軸方向に進む水平光束にして出射させる出射平面とを備えた光束反射プリズムにおいて、
   前記入射平面は、ＹＺ平面に対してＹ軸を中心としてＸ軸方向に第１所定角度傾斜され、前記出射平面は、ＸＺ平面に対してＸ軸を中心としてＹ軸方向に第２所定角度傾斜され、前記反射平面は、ＹＺ平面と４５度で交差しかつＸＺ平面に４５度で交差する交差平面であって前記入射平面から入射されて前記反射平面へ進入する入射光と、該入射光が前記反射平面において反射されて前記出射平面へと進む出射光とが前記反射平面の法線により線対称となるように傾斜されていることを特徴とする光束反射プリズム。
2. 前記第１所定角度及び前記第２所定角度をαとし、
   前記反射面における法線とＺ軸とを通るＺ軸−法線平面と、前記反射面との交線と、
   前記Ｚ軸−法線平面と前記交差平面との交線とによりなす角をβとし、
   前記光束反射プリズムの屈折率をｎとした場合に、
   

   

   の関係式が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の光束反射プリズム。
3. 一枚板状の反射平面に対して、前記入射平面と前記出射平面とが交互に連結することによって階段形状を呈するように配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光束反射プリズム。
4. 請求項１乃至請求項３に記載した光束反射プリズムと、バルブから出射された光束を水平光束として前記光束反射プリズムの前記入射平面に入射させるインナーレンズと、前記光束反射プリズムの前記出射平面から出射された水平光束を拡散させるアウターレンズとを備えることを特徴とする車両用灯具。

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