JP4537822B2

JP4537822B2 - 灯具

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Publication number: JP4537822B2
Application number: JP2004300655A
Authority: JP
Inventors: 輝夫小池; 正一番場; 竜太郎大和田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: US7625102B2; CN1766408A; US20060083002A1; JP2006114347A; CN100561038C

Description

本発明は、例えば自動車の前部に設けられた前照灯，補助前照灯あるいは各種信号灯等として使用される車両用灯具等や照明器具に使用される照明灯具等の灯具に関するものである。

従来、このような灯具は、例えば図１２または図１３に示すように、構成されている。
即ち、まず図１２において、灯具１は、光源２と、光源２からの光を集束させる投影レンズ３と、投影レンズ３の前方に配置された配光制御部材４と、から構成されている。

上記光源２は、例えばＬＥＤ等のほぼ点状の光源であって、駆動電圧が印加されたとき、実装基板２ａに垂直な光軸に対して所定の角度範囲に亘って光を出射するようになっている。
また、上記投影レンズ３は、光源側の焦点が上記光源２付近に位置し、その光軸が光源２の光軸と一致するように配置された凸レンズから構成されている。

さらに、上記配光制御部材４は、例えば平板状の透明部材の一面（図示の場合、光源側の下面）に配光拡散用のレンズカットプリズムを備えるように構成されている。

このような構成の灯具１によれば、光源２から出射した光が、投影レンズ３に入射し、投影レンズ３の屈折作用によって集束されることにより、ほぼ平行光となって、配光制御部材４に入射する。
そして、配光制御部材４に入射した光は、配光制御部材４により適宜に拡散されて、所望の配光特性を付与されて、前方に向かって照射されるようになっている。

また、図１３においては、灯具５は、光源２と、光源２からの光を前方に向かって反射させる反射面６と、反射面６からの光を集束させる投影レンズ７と、から構成されている。

ここで、上記反射面６は、例えばその第一焦点が光源２付近に位置し、長軸が光源２の光軸と一致するように配置された楕円反射面から構成されている。
また、上記投影レンズ７は、光源側の焦点が反射面６の第二焦点付近に位置し、その光軸が光源２の光軸と一致するように配置された非球面レンズから構成されている。

このような構成の灯具５によれば、光源２から出射した光が、反射面６で反射されて投影レンズ７に入射し、投影レンズ７によって集束されると共に、その非球面形状に基づいて配光制御されることにより、前方に向かって照射され、所定の配光特性を構成するようになっている。

しかしながら、上述した灯具１，５においては、以下のような問題があった。即ち、灯具１においては、所望の配光特性を得るためには、投影レンズ３と配光制御部材４の二つの光学部材が必要であり、これらの光学部材の光透過率を考慮すると、光の透過損失が大きくなってしまうと共に、これらの光学部材の相互の位置精度や傾き精度等の発生が不可避であり、さらに光軸方向の寸法が大きく、全体として重くなってしまうという問題があった。

また、灯具５においては、反射面６を使用していることから、光の透過損失は少なくて済むものの、光源２の後側に反射面６が配置されることから、同様に光軸方向の寸法が大きく、全体として重くなってしまうという問題があった。

さらに、何れの灯具１，５においても、外観が丸型であることから、外観意匠が画一的で変化がなく、機能に基づいた立体的な外観を呈することは不可能であり、商品性及び新規性に乏しいという問題があった。

本発明は、以上の点から、簡単な構成により、特に光軸方向に関して小型にそして全体が軽量に構成され得ると共に、機能に基づいた立体的な新規外観を呈することにより、商品性及び新規性を向上させるようにした、灯具を提供することを目的としている。

上記目的は、本発明の第一の構成によれば、少なくとも一つの光源と、各光源に対して、光源側の焦点位置が光源付近に在り、その光軸が上記光源からの光軸とほぼ一致するようにそれぞれ配置された投影レンズと、を含んでいる、灯具において、上記投影レンズが、上記焦点位置からの入射角度に対して出射方向を連続的に指定方向に屈折して出射させるように、出射面が非球面状に形成されている凸状の配光制御レンズであり、上記投影レンズの出射面が、上記光軸に垂直な第一の方向からの出射光よりも上記光軸及び当該第一の方向に対して垂直な第二の方向からの出射光の方が拡散して出射するように形成されることを特徴とする、灯具により達成される。

上記目的は、本発明の第二の構成によれば、少なくとも一つの光源と、各光源に対して、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するようにそれぞれ配置された楕円反射面を有する反射部材と、その焦点が上記光源付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するようにそれぞれ配置された投影レンズと、を含んでいる、灯具において、上記投影レンズが、上記焦点位置からの入射角度に対して出射方向を連続的に指定方向に屈折して出射させるように、出射面が非球面状に形成されている凸状の配光制御レンズであり、上記投影レンズの出射面が、上記光軸に垂直な第一の方向からの出射光よりも上記光軸及び当該第一の方向に対して垂直な第二の方向からの出射光の方が拡散して出射するように形成されることを特徴とする、灯具により達成される。

本発明による灯具は、好ましくは、上記反射部材が、光源より前方の領域にのみ配置されている。

本発明による灯具は、好ましくは、上記投影レンズが、上記第二の方向に関して入射角の所定割合の出射角に光を屈折させる。

本発明による灯具は、上記光源が、発光素子である。

本発明による灯具は、上記光源が、ＬＥＤである。

本発明による灯具は、好ましくは、上記反射部材が、投影レンズを固定保持するための取付部を備えている。

上記第一の構成によれば、各光源から出射した光が、それぞれ対応する投影レンズに入射し、投影レンズによって集束されることにより、前方に向かって照射される。

その際、光源から投影レンズに入射する光が、投影レンズの出射面の形状に基づいて、入射角度に対して出射方向が指定方向となるように屈折されることにより、配光制御されることになる。そして、投影レンズの出射面の形状によって、任意の配光特性を容易に実現することができる。

また、投影レンズが配光制御機能を備えていることから、光源からの光が透過する光学部材が一つで済み、投影レンズと別体の配光制御部材を備える場合と比較して、透過損失が低減され得ると共に、光軸方向に関して小型にそして軽量に構成され得ることになる。

さらに、投影レンズの出射面が、光軸に関して回転対称に形成されていないことから、前方から見た投影レンズの外縁の形状が真円ではなく、非回転対称の形状となるため、新規なデザインとなり、商品性及び新規性が向上することになる。

上記第二の構成によれば、各光源から出射した光が、それぞれ対応する反射部材の反射面に入射し、この反射面によって反射されて第二の焦点位置に向かって進み、さらに投影レンズによって集束されることにより、前方に向かって照射される。

その際、反射部材の反射面で反射されて投影レンズに入射する光が、投影レンズの出射面の形状に基づいて、入射角度に対して出射方向が指定方向となるように屈折されることにより、配光制御されることになる。

そして、第一の構成による灯具の場合と同様にして、任意の配光特性を実現することができると共に、投影レンズが配光制御機能を備えていることにより、透過損失が低減され得ると共に、光軸方向に関して小型にそして軽量に構成され得ることになり、さらに、新規なデザインとなり、商品性及び新規性が向上することになる。

上記反射部材が、光源より前方の領域にのみ配置されている場合には、上記反射部材が光源から後方に突出しないことによって、光軸方向に関してより一層小型に構成され得ることになる。

上記各投影レンズが、光軸に垂直な第一の方向に関して凸レンズとして作用し、この第一の方向に対して垂直な第二の方向に関して光を拡散して出射させる場合には、第二の方向に関して拡散した扁平な照射パターンの配光特性を構成することができる。

上記各投影レンズが、上記第二の方向に関して入射角の所定割合の出射角に光を屈折させる場合には、同様に第二の方向に関して拡散した扁平な照射パターンの配光特性を構成することができる。

上記各光源が、発光素子、好ましくはＬＥＤである場合には、光源としての発光素子特にＬＥＤから出射した光が、投影レンズにより配光制御を付与されて、前方に向かって照射されることになる。

上記反射部材が、投影レンズを固定保持するための取付部を備えている場合には、上記反射部材と投影レンズとの位置決めが正確に且つ容易に行なわれ得ることになる。

このようにして、本発明によれば、投影レンズの出射面が配光制御機能を有する表面形状を備えていることにより、従来のような配光制御部材が不要となるので、光源からの光透過損失が低減されると共に、光軸方向に関して小型に、そして全体として軽量に構成され得ることになり、また投影レンズの前方から見た外縁形状が真円でなく楕円形状等の異型形状になるので、斬新なデザインとなり、商品性及び新規性が向上することになる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１乃至図１１を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示している。
図１において、灯具１０は、光源としてのバルブ１１と、バルブ１１の前方にてバルブ１１からの光を集束させる投影レンズ１２と、から構成されている。

上記バルブ１１は、例えば白熱電球，ハロゲン電球，赤外線反射膜付きのハロゲン電球やメタルハライドランプ等の放電灯等のバルブが使用され、ソケットにより固定保持されると共に、給電されるようになっている。

上記投影レンズ１２は、バルブ１１の前方に延びる光軸上に配置されたほぼ凸状のレンズであって、バルブ１１からの光を集束させて、前方に向かって照射する。
ここで、投影レンズ１２は、そのバルブ１１側の焦点Ｆがバルブ１１付近に位置するように配置されている。

ここで、上記投影レンズ１２は、図２に示すように、その出射面となる前面１２ａが以下のように配光制御レンズとして形成されている。
上記投影レンズ１２は、上記焦点位置Ｆからの光の入射角度に対して出射方向を連続的に指定方向に屈折して出射させるように、出射面１２ａが非球面状に形成されている。
これにより、上記投影レンズ１２は、シミュレーションの結果として、図３に示す配光特性を有することになる。

ここで、上記投影レンズ１２は、凸レンズを基本として、入射角θ１に対して、出射角θ２が、当該入射角θ１（そして定数としての投影レンズ１２の後面形状及び屈折率）に基づいて計算されるようになっている。

例えば、上記投影レンズ１２は、光軸に垂直な第一の方向ｘに関して、凸レンズとして作用して平行光を出射すると共に、上記第一の方向ｘに関して垂直な第二の方向ｙに関して、図４に示すように、例えば入射角θ１に対して出射角θ２＝０．２θ１となるように、入射光を拡散させるようになっている。

これにより、上記投影レンズ１２は、通常の凸レンズの配光特性（図５（Ａ）参照）と比較して、図５（Ｂ）に示すような配光特性を有することになり、第二の方向に関して拡散された所謂水平拡散レンズとして作用することになる。
尚、このような投影レンズ１２は、例えば特願２００２−２４３４２１号に開示されているレンズ設計手法を利用して、入射角θ１に関して微小角度毎に出射方向から出射面の位置を決定することによって、容易に設計され得る。
このようにして、投影レンズ１２は、その前面１２ａの表面形状を適宜に決定することによって、前述した図３に示す配光特性を備えることができる。

本発明実施形態による灯具１０は、以上のように構成されており、バルブ１１がソケットから給電されて発光することにより、バルブ１１の発光中心から出射した光Ｌは、投影レンズ１２に入射し、投影レンズ１２によって集束されることにより、前方に向かって照射される。
なお、この場合、灯具は光源としてバルブ１１の代わりにＬＥＤを備えてもよい。

この場合、投影レンズ１２の出射面である前面１２ａが、前述した表面形状に形成されることによって、配光制御機能を有することになる。従って、従来のような配光制御部材が不要になるので、部品点数が低減され、全体として軽量に構成され得ると共に、光源としてのバルブ１１からの光が投影レンズ１２のみを透過して前方に向かって照射されることにより、光の透過損失が低減され得ることになる。
さらに、投影レンズ１２を前方から見たとき、投影レンズ１２の外縁形状が真円ではないことから、新規なデザインとなる。

図６は、本発明による灯具の第二の実施形態の構成を示している。
図６において、灯具２０は、光源としてのバルブ２１と、バルブ２１を包囲するように配置され、バルブ２１からの光を前方に向かって反射させる反射面２２ａを有する反射部材２２と、バルブ２１の前方にてバルブ２１または反射面２２ａからの光を集束させる投影レンズ２３と、から構成されている。

上記バルブ２１は、前述したバルブ１１と同じ構成であり、ソケットにより固定保持されると共に、給電されるようになっている。
なお、この場合、灯具は光源としてバルブ２１の代わりにＬＥＤを備えてもよい。

上記反射部材２２は、図７に示すように、例えばプラスチックから構成されていると共に、上面に開口する反射面２２ａが形成されており、反射面２２ａの表面に例えば反射膜あるいは反射コーティングが備えられている。
この反射面２２ａは、バルブ２１からの光を反射して、前方に向かって反射させて、投影レンズ２３に導くように、バルブ２１の実装基板２１ａから前方の領域のみに設けられ、例えば前方に向かって凹状の楕円反射面として形成されている。

ここで、楕円反射面は、回転楕円面や、楕円面を基本とした自由曲面を含むものである。
そして、反射面２２ａは、その第一焦点Ｆ１がバルブ２１付近に位置すると共に、長軸が、バルブ２１の光軸に沿って配置されている。

また、上記反射部材２２は、その上面が、投影レンズ２３のための取付面２２ｂとして形成されている。これにより、反射部材２２の取付面２２ｂに対して、投影レンズ２３が載置され、ネジ等により固定されることより、投影レンズ２３が反射部材２２に対して正確に且つ容易に位置決めされ得ることになる。

上記投影レンズ２３は、バルブ２１の前方に延びる光軸上に配置された上記投影レンズ１３と同様の凸状のレンズであって、バルブ２１から直接にまたは反射面２２ａで反射された光を集束させて、前方に向かって照射する。
ここで、投影レンズ２３は、そのバルブ１１側の焦点が上記反射面２２ａの第一焦点Ｆ１付近に位置するように配置されている。

このような構成の灯具２０によれば、バルブ２１がソケットから給電されて発光することにより、バルブ２１の発光中心から出射した光Ｌは、直接にまたは反射部材２２の反射面２２ａで反射されて、投影レンズ２３に入射し、投影レンズ２３によって集束されることにより、前方に向かって照射される。

この場合、投影レンズ２２の出射面である前面が配光制御機能を有していることから、従来のような配光制御部材が不要になるので、部品点数が低減され、全体として軽量に構成され得ると共に、光源としてのバルブ２１からの光が投影レンズ２２のみを透過して前方に向かって照射されることにより、光の透過損失が低減され得ることになる。

また、反射部材２２の反射面２２ａが、バルブ２１の前方領域にのみ配置されていることから、灯具２０全体が光軸方向に関して小型に構成され得ることになる。
さらに、投影レンズ２２を前方から見たとき、投影レンズ２２の外縁形状が真円ではないことから、新規なデザインとなる。

図８は、本発明による灯具の第三の実施形態の構成を示している。
図８において、灯具３０は、図１に示した灯具１０を複数個備えた照明灯具として構成されている。
上記灯具３０において、灯具１０は図９に示すように、三個づつ一体化された灯具ユニット３１として構成されている。

各灯具ユニット３１は、それぞれ同じ方向に固定保持された三個の灯具１０を備えており、この場合、各灯具１０は、光源としてバルブ１１の代わりにＬＥＤを備えていてもよい。
ここで、各灯具１０は、比較的狭い照射範囲の配光特性を有するように構成されている。

そして、灯具ユニット３１は、全体として２４個設けられており、各灯具ユニット３１がハウジング３２に対して所定の方向を向くように固定されることにより、各灯具ユニット３１がそれぞれ２４個に区分された照射範囲に光を照射するようになっている。
これにより、灯具３０全体として、比較的広い照射範囲の配光特性を備えることができる。
また、上記ハウジング３２は、図１０に示すように、その外側面に、各灯具ユニット３１で発生する熱を放射するためのヒートシンク３２ａを有している。

このような構成の灯具３０によれば、各灯具ユニット３１を構成する個々の灯具１０が、図１に示した灯具１０の場合と同様に作用して、全体として広い照射範囲に亘って光を照射すると共に、各灯具１０の投影レンズ１２の前面１２ａの表面形状を適宜に選定することによって、シミュレーションの結果として、図１１に示すように、全体として均一な配光特性を得ることができる。
さらに、ＬＥＤ等の比較的光量の少ない光源を使用する場合であっても、複数個の灯具１０を組み合わせて灯具ユニット３１を構成することにより、所謂多光源化によって必要な光量の光を比較的狭い照射範囲に照射することにより、所望の配光特性を実現することが可能である。

このようにして、本発明によれば、投影レンズ１２，２３の前面が配光制御機能を備えていることにより、別体の配光制御部材が不要になる。
従って、灯具全体が特に光軸方向に関して小型に、そして軽量に構成され得ると共に、前方から見た投影レンズ１２，２３の外縁形状が真円から異型形状となるので、斬新なデザインとなり、商品性及び新規性が向上する。
これにより、車両用の前照灯，補助前照灯や信号灯等の車両用灯具や、交通標識灯，交通信号灯，一般照明灯，作業灯，一般表示灯あるいは一般信号灯等の各種灯具に最適な灯具が提供され得ることになる。

上述した実施形態においては、投影レンズ１２，２３の後面は、平面として形成されているが、これに限らず、光源としてのバルブ１１やＬＥＤ等を包囲するように凹状に形成されていてもよいことは明らかである。

以上述べたように、本発明によれば、投影レンズの出射面が配光制御特性を備えているので、光源または反射面から投影レンズに入射する光が集光されると共に配光制御されることになり、投影レンズと別体の配光制御部材が不要であることから、光の透過損失が低減され、また灯具全体が小型で軽量に構成され得ることになる。また、前方から見た投影レンズの外縁の形状が真円ではなく、非回転対称の形状となるので、新規なデザインとなり、商品性及び新規性が向上する。このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、特に光軸方向に関して小型にそして全体が軽量に構成され得ると共に、機能に基づいた立体的な新規外観を呈することにより、商品性及び新規性を向上させるようにした灯具が提供され得る。

本発明による灯具の第一の実施形態の構成を示す概略断面図である。図１の灯具における投影レンズを示す概略斜視図である。図１の灯具による配光特性を示すグラフである。図１の灯具における投影レンズの設計例を示す概略図である。（Ａ）通常の凸レンズの配光特性及び（Ｂ）図４の設計例における投影レンズの配光特性を示すグラフである。本発明による灯具の第二の実施形態の構成を示す概略断面図である。図６の灯具における反射部材を示す概略斜視図である。本発明による灯具の第三の実施形態の構成を示す概略断面図である。図８の灯具における灯具ユニットを示す概略斜視図である。図８の灯具におけるハウジングを示す概略斜視図である。図８の灯具による配光特性を示すグラフである。従来の灯具の一例の構成を示す概略断面図である。従来の灯具の他の例の構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１０，２０，３０灯具
１１，２１バルブ（光源）
１２，２３投影レンズ
１２ａ前面（出射面）
２２反射部材
２２ａ反射面
２２ｂ取付面
３１灯具ユニット
３２ハウジング
３２ａヒートシンク

Claims

少なくとも一つの光源と、各光源に対して、光源側の焦点位置が光源付近に在り、その光軸が上記光源からの光軸とほぼ一致するようにそれぞれ配置された投影レンズと、を含んでいる、灯具において、
上記投影レンズが、上記焦点位置からの入射角度に対して出射方向を連続的に指定方向に屈折して出射させるように、出射面が非球面状に形成されている凸状の配光制御レンズであり、
上記投影レンズの出射面が、上記光軸に垂直な第一の方向からの出射光よりも上記光軸及び当該第一の方向に対して垂直な第二の方向からの出射光の方が拡散して出射するように形成されることを特徴とする、灯具。
少なくとも一つの光源と、各光源に対して、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するようにそれぞれ配置された楕円反射面を有する反射部材と、その焦点が上記光源付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するようにそれぞれ配置された投影レンズと、を含んでいる、灯具において、
上記投影レンズが、上記焦点位置からの入射角度に対して出射方向を連続的に指定方向に屈折して出射させるように、出射面が非球面状に形成されている凸状の配光制御レンズであり、
上記投影レンズの出射面が、上記光軸に垂直な第一の方向からの出射光よりも上記光軸及び当該第一の方向に対して垂直な第二の方向からの出射光の方が拡散して出射するように形成されることを特徴とする、灯具。
上記反射部材が、光源より前方の領域にのみ配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の灯具。
上記投影レンズが、上記第二の方向に関して入射角の所定割合の出射角に光を屈折させることを特徴とする、請求項３に記載の灯具。
上記光源が、発光素子であることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の灯具。
上記光源が、ＬＥＤであることを特徴とする、請求項５に記載の灯具。
上記反射部材が、投影レンズを固定保持するための取付部を備えていることを特徴とする、請求項２から６の何れかに記載の灯具。