JP5044864B2

JP5044864B2 - 灯具用投影レンズ、及び、灯具用投影レンズを用いた灯具

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Publication number: JP5044864B2
Application number: JP2007206847A
Authority: JP
Inventors: 安谷田; 竜太郎大和田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-08-08
Also published as: DE112008002141T5; US8690396B2; WO2009020000A1; CN101779075A; CN101779075B; JP2009043543A; US20110063874A1

Description

本発明は、灯具用投影レンズに係り、特に自動車等の車両に搭載されるプロジェクタ型前照灯の投影レンズ等に適用される灯具用投影レンズに関する。

従来、自動車等の車両に搭載されるプロジェクタ型前照灯が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に記載されたプロジェクタ型前照灯は、図７に示すように、光源（図示せず）からの光が入射する回転対称の入射面３１０及びこの入射した光が照射される回転対称の球面３２０を有する投影レンズ３００（コリメートレンズ）を備えている。

近年、この種のプロジェクタ型前照灯においては、車両デザインの自由度を高める等の観点より、新規デザインの投影レンズが要望されている。この新規デザインの投影レンズとして、例えば、平面視Ｎ角形（例えば四角形）又はＮ角形に近似の形状で、かつ、表面に共通のエッジ（Ｎ本のエッジ）が形成された投影レンズを構成することが考えられる。
特公平８−１７０４５号公報

しかしながら、特許文献１記載の投影レンズを改良したとしても、投影レンズとしての機能を損なうことなく、平面視Ｎ角形（例えば四角形）又はＮ角形に近似の形状で、かつ、表面に共通のエッジ（Ｎ本のエッジ）が形成された投影レンズを構成することは極めて困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コリメートレンズ（例えば投影レンズ）としての機能を損なうことなく、平面視Ｎ角形（例えば四角形）又はＮ角形に近似の形状で、かつ、表面に共通のエッジ（Ｎ本のエッジ）を有する新規デザインの灯具用投影レンズを提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載の灯具用投影レンズは、非回転対称かつ楕円形状のコリメートレンズのうち中心角が２α度（α＝１８０／Ｎ、Ｎは３以上の整数）、かつ、左右対称の扇形レンズ部分を、周方向にＮ個配置した形状に形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の灯具用投影レンズによれば、非回転対称かつ楕円形状のコリメートレンズのうち中心角２α度（α＝１８０／Ｎ、Ｎは３以上の整数）、かつ、左右対称の扇形レンズ部分を、周方向にＮ個配置した形状に形成されている。このため、請求項１に記載の灯具用投影レンズによれば、コリメートレンズとしての機能を損なうことなく、平面視Ｎ角形（例えば四角形）又はＮ角形に近似の形状で、かつ、表面に共通のエッジ（Ｎ本のエッジ）を有する新規デザインの灯具用投影レンズを構成することが可能となる。

請求項２に記載の灯具用投影レンズは、請求項１に記載の灯具用投影レンズにおいて、前記楕円コリメートレンズの裏面形状は、その光軸及び短軸を含む面及びこの面に平行な面で切断した際に現れる断面形状が凹状曲線となり、かつ、その光軸及び長軸を含む面及びこの面に平行な面で切断した際に現れる断面形状が凸状曲線となるように形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の灯具用投影レンズによれば、楕円コリメートレンズの裏面形状は、その光軸及び短軸を含む面並びにこの面に平行な面で切断した際に現れる断面形状が凹状曲線となり、かつ、その光軸及び長軸を含む面並びにこの面に平行な面で切断した際に現れる断面形状が凸状曲線となるように形成されている。すなわち、コリメートレンズの裏面形状を短軸に沿って膨らんだ非回転対称の鞍形面としたので、裏面形状を平面等とした場合と比較して光源が発光する光の取り込み角度が大きくなる。すなわち、光源が発光する光の利用効率が向上する。

請求項３に記載の灯具用投影レンズは、請求項２に記載の灯具用投影レンズにおいて、前記左右対称の扇形レンズ部分は、前記コリメートレンズの短軸に対して左右対称の扇形レンズ部分であることを特徴とする。

請求項３に記載の灯具用投影レンズによれば、左右対称の扇形レンズ部分は、コリメートレンズの短軸に対して左右対称の扇形レンズ部分であるので、コリメートレンズの扁平率を高めることで、平面視がよりＮ角形に近いコリメートレンズを構成することが可能となる。また、この扇形レンズ部分は、コリメートレンズの裏面形状を短軸に沿って膨らんだ鞍形面を含んでいるので、裏面形状を平面等とした場合と比較して光源が発光する光の取り込み角度が大きくなる。すなわち、光源が発光する光の利用効率が向上する。

請求項４に記載の灯具用投影レンズは、請求項２又は３に記載の灯具用投影レンズにおいて、前記凹状曲線及び凸状曲線は、二次曲線、双曲線、又は、スプライン曲線であることを特徴とする。

これは、凹状曲線及び凸状曲線の例示である。従って、前記凹状曲線及び凸状曲線として他の曲線を採用することが可能である。

請求項５に記載の灯具は、請求項１から４のいずれかに記載の灯具用投影レンズを用いたことを特徴とする。

請求項５に記載の灯具用投影レンズによれば、平面視Ｎ角形（例えば四角形）又はＮ角形に近似の形状で、かつ、表面に共通のエッジ（Ｎ本のエッジ）を有する新規デザインの灯具用投影レンズを用いた灯具（例えば車両用前照灯）を構成することが可能となる。

本発明によれば、コリメートレンズとしての機能を損なうことなく、平面視Ｎ角形（例えば四角形）又はＮ角形に近似の形状で、かつ、表面に共通のエッジ（Ｎ本のエッジ）を有する新規デザインの灯具用投影レンズを提供することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態である灯具用投影レンズについて図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の灯具用投影レンズの斜視図である。図２は、図１に示した灯具用投影レンズの平面図である。図３は、楕円コリメートレンズ２００を説明するための図である。

図１及び図２に示す本実施形態の灯具用投影レンズ１００は、光源（図示せず）側に一つの焦点Ｆ１を有しており、かつ、その光源が発光した光を平行光に調整する機能を有するコリメートレンズであり、例えば、自動車等の車両に搭載されるプロジェクタ型前照灯（図示せず）の投影レンズに適用される。

灯具用投影レンズ１００は、図３に示すように想定される非回転対称かつ楕円形状のコリメートレンズ２００（以下楕円コリメートレンズ２００という）から扇形レンズ部分１０を概念的に切り出し、この概念的に切り出した扇形レンズ部分１０を、図１及び図２に示すように周方向に４個配置したのに相当する形状に形成されている。灯具用投影レンズ１００は、例えば、アクリルやポリカーボネイト等の透明又は半透明材料を射出成形することにより一体的に形成されている。なお、灯具用投影レンズ１００の各辺にはフランジ部３０が設けられている。

図４は、楕円コリメートレンズ２００の裏面形状を説明するための図である。

楕円コリメートレンズ２００は、光源（図示せず）側に一つの焦点Ｆ２を有しており、かつ、その光源が発光した光を平行光に調整する機能を有する、非回転対称かつ楕円形状のレンズである。

楕円コリメートレンズ２００の裏面Ｍ１（光源側の面）形状は、光軸Ｘ及び短軸ｂを含む面（この面に平行な面も同様）で切断した際に現れる裏面Ｍ１の断面形状が二次曲線、双曲線、又は、スプライン曲線等の自由曲線（光源とは反対側に凹んだ凹状曲線）となるように形成されている。例えば、裏面Ｍ１形状は、光軸Ｘ及び短軸ｂを含む面（この面に平行な面も同様）で切断した際に現れる裏面Ｍ１の断面形状が、図５に示すように、凹状曲線ｂ１となるように形成されている。

また、楕円コリメートレンズ２００の裏面Ｍ１形状は、光軸Ｘ及び長軸ａを含む面（この面に平行な面も同様）で切断した際に現れる裏面Ｍ１の断面形状が二次曲線、双曲線、又は、スプライン曲線等の自由曲線（光源側に膨らんだ凸状曲線）となるように形成されている。すなわち、楕円コリメートレンズ２００の裏面Ｍ１形状は、外観が短軸ｂに沿って膨らんだ非回転対称の鞍形面（凹状面）に形成されている。

上記のように、楕円コリメートレンズ２００の裏面Ｍ１形状を短軸ｂに沿って膨らんだ非回転対称の鞍形面（図５中凹状曲線ｂ１で示される）としたので、裏面Ｍ１形状を平面又は凸状面等（図５中直線ｂ２、凸状曲線ｂ２で示される）とした場合と比較して光源（図示せず）が発光する光の取り込み角度が大きくなる。すなわち、光源が発光する光の利用効率が向上する。

上記のように裏面Ｍ１形状が定まると、この裏面Ｍ１形状に基づいて所定演算を行うことにより、楕円コリメートレンズ２００の表面Ｍ２形状も定まる。この表面Ｍ２形状は、裏面Ｍ１形状に基づいて定まるため、非回転対称の凸面となる。

次に、上記構成の楕円コリメートレンズ２００から概念的に切り出される扇形レンズ部分１０について説明する。

図３に示すように、楕円コリメートレンズ２００から概念的に切り出される扇形レンズ部分１０は、楕円コリメートレンズ２００のうち中心角２α（α＝１８０／４＝４５度）かつ楕円コリメートレンズ２００の短軸ｂに対して左右対称のレンズ部分（図３中Ａの部分）である。すなわち、光軸Ｘを含みかつ短軸ｂに対して＋α度傾斜した面Ｓ１、及び、光軸Ｘを含みかつ短軸ｂに対して−α度傾斜した面Ｓ２の間のレンズ部分（図３中Ａの部分）が概念的に切り出される。

この扇形レンズ部分１０を図６に示すように周方向に４個配置することで、一つの焦点Ｆ１を有し、かつ、コリメートレンズとしての機能を有する平面視略四角形の灯具用投影レンズ１００を構成することが可能となる。また、扇形レンズ部分１０は短軸ｂに対して左右対称であり、かつ、楕円コリメートレンズ２００は非回転対称であるため、灯具用投影レンズ１００表面には、図１、図６等に示すように、扇形レンズ部分１０とこれに隣接する扇形レンズ部分１０との間に共通のエッジ２０が段差なく形成される。この共通のエッジ２０には段差が発生しないので、共通のエッジ（稜線）２０が灯具用投影レンズ１００の配光性能に影響を及ぼすことがない。

また、灯具用投影レンズ１００の各扇形レンズ部分１０は、楕円コリメートレンズ２００の短軸ｂに対して左右対称の扇形レンズ部分であるので、楕円コリメートレンズ２００の扁平率を高めることで、平面視がより四角形に近い灯具用投影レンズ１００を構成することが可能となる。

また、扇形レンズ部分１０は、楕円コリメートレンズ２００の裏面Ｍ１形状を短軸ｂに沿って膨らんだ鞍形面を含んでいるので（図３〜図５参照）、裏面Ｍ１形状を平面等とした場合と比較して、灯具用投影レンズ１００の、光源（図示せず）が発光する光の取り込み角度が大きくなる。すなわち、灯具用投影レンズ１００の、光源が発光する光の利用効率が向上する。

以上説明したように、本実施形態の灯具用投影レンズ１００によれば、非回転対称かつ楕円形状の楕円コリメートレンズ２００のうち中心角が中心角２α（α＝１８０／４＝４５度）、かつ、短軸ｂに対して左右対称の扇形レンズ部分１０（図３中Ａの部分）を、周方向に４個配置した形状に形成されているので、コリメートレンズとしての機能を損なうことなく、平面視略四角形で、かつ、表面に共通のエッジ２０（四本のエッジ）を有する新規デザインの灯具用投影レンズ１００を構成することが可能となる。

次に、変形例について説明する。

上記実施形態では、扇形レンズ部分１０を周方向に４個配置して灯具用投影レンズ１００を構成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、扇形レンズ部分１０を周方向にＮ個（Ｎは３以上の整数）配置して灯具用投影レンズ１００を構成してもよい。この場合、楕円コリメートレンズ２００から概念的に切り出される扇形レンズ部分１０は、楕円コリメートレンズ２００のうち中心角２α（α＝１８０／Ｎ、Ｎは３以上の整数）かつ楕円コリメートレンズ２００の短軸ｂに対して左右対称の扇形レンズ部分となる。

これにより、コリメートレンズとしての機能を損なうことなく、平面視Ｎ角形（例えば四角形）又はＮ角形に近似の形状で、かつ、表面に共通のエッジ（Ｎ本のエッジ）を有する新規デザインのコリメートレンズを構成することが可能となる。

また、上記実施形態では、楕円コリメートレンズ２００から概念的に切り出される扇形レンズ部分１０は、楕円コリメートレンズ２００のうち楕円コリメートレンズ２００の短軸ｂに対して左右対称のレンズ部分（図３中Ａの部分）であるように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、光の利用効率に問題がないのであれば、楕円コリメートレンズ２００から概念的に切り出される扇形レンズ部分１０は、楕円コリメートレンズ２００のうち楕円コリメートレンズ２００の長軸ａに対して左右対称のレンズ部分（図３中Ｂの部分）であってもよい。

これによっても、平面視Ｎ角形（例えば四角形）又はＮ角形に近似の形状で、かつ、表面に共通のエッジ（Ｎ本のエッジ）を有する新規デザインの灯具用投影レンズ１００を構成することが可能となる。

また、上記実施形態では、楕円コリメートレンズ２００の裏面Ｍ１形状は、楕円コリメートレンズ２００の裏面Ｍ１形状を短軸ｂに沿って膨らんだ非回転対称の鞍形面（図５中凹状曲線ｂ１で示される）であるように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、光の利用効率に問題がないのであれば、他の形状を採用してもよい。

また、上記実施形態では、灯具用投影レンズ１００は、例えば、アクリルやポリカーボネイト等の透明又は半透明材料を射出成形することにより一体的に形成されるように説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、灯具用投影レンズ１００は、ガラスを研磨加工等することにより形成してもよい。

［実施例１］
上記実施形態の灯具用投影レンズ１００を車両用前照灯の投影レンズとして用いた例について説明する。

図８は、灯具用投影レンズ１００が適用されるダイレクトプロジェクション型の車両用前照灯４０の斜視図である。図９は、図８に示した車両用前照灯４０を光軸（図示せず）と直交する方向からみた断面図である。

なお、本実施例においてダイレクトプロジェクション型の灯具とは、光源を灯具用投影レンズ１００の焦点Ｆ１又はその近傍に配置し、反射面を介することなくこの光源の像を直接照射方向に投影する灯具をいう。

車両用前照灯４０は、灯具用投影レンズ１００の他に、ＬＥＤ光源４１、基板４２、シャッタ４３、レンズホルダ４４、及び、ヒートシンク４５等を有する。

車両用前照灯４０は、上述の通り、灯具用投影レンズ１００の焦点Ｆ１又はその近傍にＬＥＤ光源４１が位置するように構成される。

ＬＥＤ光源４１は、その発光面が灯具用投影レンズ１００の方向（照射方向）を向くように、アルミニウムあるいはセラミックなどで構成される基板４２に載置される。

シャッタ４３は、ＬＥＤ光源４１の発光面側に設けられる。このシャッタ４３は、灯具用投影レンズ１００を介して投影される光源４１の像の一部を遮光し、所望の配光パターンを形成する。なお、このシャッタ４３は、必要に応じて設けなくともよい。

レンズホルダ４４は、例えば基板４２などＬＥＤ光源４１側に取り付けられる。レンズホルダ４４には灯具用投影レンズ１００のフランジ部３０が挿入固定される凹部４４ａが形成されている。該凹部４４ａにフランジ部３０を挿入固定することにより、灯具用投影レンズ１００はレンズホルダ４４に保持される。このレンズホルダ４４は、ＬＥＤ光源４１と灯具用投影レンズ１００の光学的な位置関係を維持する。

また、ヒートシンク４５は、基板４２の裏面（照射方向とは反対側）に設けられ、ＬＥＤ光源４１の熱を放熱する。

以上のように構成されることにより、車両用前照灯４０は、灯具用投影レンズ１００を用いて焦点Ｆ１又はその近傍にある光源４１の像を照射方向に投影する。これにより、車両用前照灯４０は、この光源４１からの光線によって所望の配光パターンをもって適切に照射することができる。

［実施例２］
上記車両用前照灯４０は、灯具用投影レンズ１００を用いたダイレクトプロジェクション型灯具の一例として説明したが、この灯具用投影レンズ１００を以下のような車両用前照灯５０に用いることも可能である。

図１０は、灯具用投影レンズ１００が適用されるダイレクトプロジェクション型の他の車両用前照灯５０の断面図である。

車両用前照灯５０は、ＬＥＤ光源４１の発光面の照射方向前方にライトガイド５１を設けた点が、上述の車両用前照灯４０と相違する。そのため、この相違点のみ本実施例では説明する。他の構成については、上述の車両用前照灯４０と同様であるので、同一の符号を付す。

ライトガイド５１は、アクリルなど光を透過する性質を有する材料によって構成され、ＬＥＤ光源４１からの光を発光面５１ａに到達させる。

灯具用投影レンズ１００は、このライトガイド５１の発光面５１ａ又はその近傍を焦点Ｆ１として、ＬＥＤ光源４１からの光を照射方向に投影する。

以上のように構成されることにより、車両用前照灯５０は、灯具用投影レンズ１００を用いて焦点Ｆ１又はその近傍にある光源４１の像を照射方向に投影する。これにより、車両用前照灯５０は、この光源４１からの光線によって所望の配光パターンをもって適切に照射することができる。

［実施例３］
上述の実施例１，２では、灯具用投影レンズ１００をダイレクトプロジェクション型灯具に用いた例について説明したが、このコリメートレンズ１００を以下のような反射面を有するプロジェクタ型の車両用前照灯６０に用いることも可能である。

図１１は、灯具用投影レンズ１００が適用されるプロジェクタ型の車両用前照灯６０の断面図である。

なお、本実施例においてプロジェクタ型灯具とは、光源を反射面の第一焦点を含むその近傍に配置し、その光源の像を反射面と投影レンズを介して照射方向に投影する灯具をいう。

車両用前照灯６０は、灯具用投影レンズ１００の他に、ＬＥＤ光源６１、基板６２、シャッタ６３、レンズホルダ６４、ヒートシンク６５、リフレクタ６７を有する。

車両用前照灯６０は、上述の通り、リフレクタ６７の第一焦点近傍にＬＥＤ光源３１が位置するように構成される。

ＬＥＤ光源６１は、その発光面が車両用前照灯６０の光軸と平行な方向または所定の角度をもって基板６２に載置され、その光が車両用前照灯６０の光軸と垂直な方向または所定の角度をもって照射される。

リフレクタ６７は、例えばＬＥＤ光源６１の発光面近傍を第一焦点とする楕円系反射面として構成され、灯具用投影レンズ１００の焦点近傍の第二焦点にＬＥＤ光源６１の光を反射する。

シャッタ６３は、灯具用投影レンズ１００の焦点Ｆ１近傍に設けられる。このシャッタ６３は、灯具用投影レンズ１００を介して投影されるＬＥＤ光源６１からの光線の一部を遮光し、所望の配光パターンを形成する。なお、このシャッタ６３は、必要に応じて設けなくともよい。

レンズホルダ６４は、例えばリフレクタ６７に取り付けられる。レンズホルダ６４には灯具用投影レンズ１００のフランジ部３０が挿入固定される凹部６４ａが形成されている。該凹部６４ａにフランジ部３０を挿入固定することにより、灯具用投影レンズ１００はレンズホルダ６４に保持される。このレンズホルダ６４は、リフレクタ６７と灯具用投影レンズ１００の光学的な位置関係を維持する。

以上のように構成されることにより、車両用前照灯６０は、灯具用投影レンズ１００を用いて焦点Ｆ１又はその近傍にある光源の像６１を照射方向に投影する。これにより、車両用前照灯６０は、この光源６１からの光線によって所望の配光パターンをもって適切に照射することができる。

上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。

本実施形態の灯具用投影レンズ１００の斜視図である。図１に示した灯具用投影レンズ１００の平面図である。楕円コリメートレンズ２００を説明するための図である。楕円コリメートレンズ２００の裏面形状を説明するための図である。光軸Ｘ及び短軸ｂを含む面で切断した際に現れる楕円コリメートレンズ２００の裏面断面形状ｂ１の例である。図１に示した灯具用投影レンズ１００の平面図である。従来の投影レンズの例である。灯具用投影レンズ１００が適用されるダイレクトプロジェクション型の車両用前照灯４０の斜視図である。図８に示した車両用前照灯４０を光軸（図示せず）と直交する方向からみた断面図である。灯具用投影レンズ１００が適用されるダイレクトプロジェクション型の他の車両用前照灯５０の断面図である。灯具用投影レンズ１００が適用されるプロジェクタ型の車両用前照灯６０の断面図である。

符号の説明

１０…扇形レンズ部分、２０…エッジ、３０…フランジ、１００…灯具用投影レンズ、２００…楕円コリメートレンズ、Ｆ１、Ｆ２…焦点、Ｍ１…裏面形状、Ｍ２…表面形状、Ｘ…光軸

Claims

非回転対称かつ楕円形状のコリメートレンズのうち中心角２α度（α＝１８０／Ｎ、Ｎは３以上の整数）、かつ、左右対称の扇形レンズ部分を、周方向にＮ個配置した形状に形成されていることを特徴とする灯具用投影レンズ。
前記コリメートレンズの裏面形状は、その光軸及び短軸を含む面並びにこの面に平行な面で切断した際に現れる断面形状が凹状曲線となり、かつ、その光軸及び長軸を含む面並びにこの面に平行な面で切断した際に現れる断面形状が凸状曲線となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の灯具用投影レンズ。
前記左右対称の扇形レンズ部分は、前記コリメートレンズの短軸に対して左右対称の扇形レンズ部分であることを特徴とする請求項２に記載の灯具用投影レンズ。
前記凹状曲線及び凸状曲線は、二次曲線、双曲線、又は、スプライン曲線であることを特徴とする請求項２又は３に記載の灯具用投影レンズ。
請求項１から４のいずれかに記載の灯具用投影レンズを用いたことを特徴とする灯具。