JP5410658B2 - 光導波路を有する自動車用照明・信号装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明や信号装置に関し、主として、自動車に搭載される目的の照明や信号装置に関するものであり、この照明・信号装置は、光をその長さの少なくとも一部に拡散させる能力がある少なくとも１つの光導波路を備えている。また、本発明は、このタイプの照明または信号装置を備える車輌にも関するものである。

自動車用照明及び信号の分野では、光導波路の使用は、ますます一般的に広まっている。光導波路は、大雑把に言うと、円筒状、またはこれに類似した断面を有する導光体で構成される細長い部品である。導波路の入力面と呼ばれる導波路の一方の終端部の近傍には、１つ（又はそれ以上）の光源、たとえば、小型の発光ダイオードタイプの光源が配置されており、この光源によって発せられた光線は、全反射して、導波路の末端面と呼ばれる他方の終端部に向かって伝播される。

導波路内に進入した光線の一部は、前記正面から離隔した導波路の後面には反射要素が存在するため、導波路の正面を通って出ていく。この反射要素は、例えばプリズムである。したがって導波路は、その全長にわたって光を発する。

これには、様々な形状とすることができるという利点があり、直線状でも曲線状でもよく、前照灯や車輌光が届きにくい区域にも、照射面を配置できるような形状とすることも可能である。したがって、それは、前照灯や車輌光のスタイルに、大きな影響を及ぼすことになる。

この導波路には、満たすべき多くの条件がある。

まず、車輌光や前照灯が届きにくい区域に光を供給する必要がある。この必要性のため、使用態様によっては、導波路の入力側と、導波路に対してオフセットの関係で、かつ離隔する光源との間に、光を伝達するためのシステムを設計する必要が生じる。

このような導波路は、たとえば湾曲部などを含む複雑な形状になる場合が多く、この場合には、湾曲部の領域で光がリークしてしまうことも、しばしば生じ、そのため、湾曲部の下流で、導波路の照明電力が低減してしまう（ここでの「上流」及び「下流」は、光が導波路内を伝播する一般的な方向を言う）。

また、光源から発せられる光を、導波路に（直接に、又は光ファイバ等の光伝達部品を介して）接続する領域の設計は厄介である。その理由は、方向を誤った光が、悪い時機に導波路から漏出したり、この帰還が完全に失敗する事を防止する策を講じる必要があるからである。

この問題は、特に閉鎖外形又は略閉鎖外形を有する導波路において顕著である。このような外形では、導波路のスイッチをオンにする際に、接続領域により発せられる高輝度光点（この光点は「ホットスポット」とも呼ばれる）が観測されるため、長さ全体にわたる導波路の光出力が低減してしまい、導波路が、美観が無く、非一様な外観になってしまう。

このことは、たとえば、特許文献１によって知られており、この光導波路では、導波路を通過する光束を２つに分割し、リングの平面に対して直角に光を伝達する導入要素により、環状の導波路に対して、それぞれ対向する方向に光を伝播させる。この導入要素は、光を迂回させる２つの面を備える導入面を有し、この位置の伝播のため、導波路の方に反射されるようにする。

この光導入の方式は、光が漏洩するために、改善の余地があり、またこの導波路では、導入面の領域にホットスポットが発生し、導波路の外観にとって好ましくない。
フランス国実用新案出願ＦＲ ２ ８２８ ２６７号「環状型光導波路」

本発明の目的は、光導波路の設計を改善することにある。特に、本発明の目的は、光漏洩の問題を低減することにより導波路の光出力を改善し、また、スイッチオン時に、先に指摘した「ホットスポット」の形成を防止することにより、導波路の外観の均一性を改善することにある。

本発明は、第１に、照明・信号装置、主として、自動車用の照明・信号装置に関するものであり、この装置は、光線を発する少なくとも１つの光源と、光ビームが中を伝播する少なくとも１つの光導波路とを備え、この光導波路は、少なくとも１つの終端部に、該光導波路と光源とを接続する入力面を有し、光ビーム用の出力面を形成する第１の面を有し、出力面から離隔して（出力面の反対側に）光反射面を形成する第２の面を有し、少なくとも１つの湾曲部を、導波路は有しており、かつ、湾曲部の外側に向かって突き出ており、導波路に入射光線を返送するための２つの切子面を有することにより、斜角が形成されている少なくとも１つの隅部を、前記導波路は、その湾曲部の領域に有していることを特徴とする。

ここで「湾曲部」は、本発明においては、導波路が一般的な方向に変化する部分を指し、９０°の湾曲部に限定されるものではない。

入射光線の全反射の条件下で、２つの反射が、切子面の一方へ、次いで他方へと、連続して行われるように、突出隅部が設計されていることが好ましい。

この構成は、次の点で非常に有利である。すなわち、光線が、湾曲部の外側部の傾斜面を経由して導波路内に到達する際に、この位置で、全反射により反射され、導波路に返送される入射光線のための妥当な方法で反射がなされることは知られていた。しかし、この際、このような「単一」の湾曲部での反射では、大部分の光は消失する。何故なら、光の一部が、全反射を与える角度よりも小さな入射角でこの傾斜面に到着し、その場合の光は、反射返送されるのではなく、傾斜面の中を通過し、その経路上を維持してしまうからである。

他方、本発明では、ダブルで全反射を実現するために、互いに対向する２つの傾斜面を有する湾曲部を提案するものである。これにより、入射光線は、第１の切子面に到達し、次いで、第２の切子面へ反射し、湾曲部の先の導波路の「下流」部に、それらを返送する。
この構成によると、全反射を実現する角度条件であるので、入射光線の大部分はまだ残っており、光の漏洩は最小限に低減されるか、あるいは完全に排除される。

第１の実施例においては、湾曲部は、導波路の入力面に近接して設けられない。
この要件は、たとえば、視覚的・技術的理由のために、あるいはヘッドライトまたは前照灯の全体寸法のために必要である。

第２の実施例においては、湾曲部は、光導波路の１つの入力面、又は複数の入力面の少なくとも１つ入力面に、近接して配置されている。この要件は、一般に、光導入点が、たとえば、導波路の平面に対して斜めに、または垂直に配置されている終端部に位置している場合に必要となる。湾曲部の存在により、光は一般的な方向から逸れ、導波路の終端部で、光を伝播する導波路が有しているべき一般的な伝播方向の方へ向うことが可能になる。

好ましい実施例では、導波路は、互いに近接して配置される２つの入力面（それぞれの終端部に）を有する略閉鎖外形を有している。

別の好ましい実施例では、導波路は、入力面を１つだけ有する完全閉鎖外形を有している。この場合、入力面は、光伝達終端部上にあることが好ましく、この構成により、光伝達終端部に伝播した光線が、異なる方向で導波路内に導入される２つの流れで、導波路を光伝達終端部に接続する領域内の一部区域に分配されるようになる。２つの湾曲部は、導波路を終端部に接続するための領域内の一部区域にあってもよく、これらの湾曲部は、互いに接合され、湾曲部の突出した隅部は、交叉する部分を有している。

また前述のように、導波路の方へ光を伝えることを唯一の目的として、導波路の１つの入力面、又は複数の入力面のそれぞれは、光伝達終端部上にあってもよい。どちらの例においても、突出隅部を具備する湾曲部を、導波路を終端部に接続するために領域内に配置してもよい。

１つの終端部または複数の終端部は、光導波路と一体であることが好ましい。このようにすると、構成全体を、１つの型で成形することが可能になる。その際の材料としては、透過性のポリマーが好ましいが、ガラスを用いてもよい。また本発明は、このタイプの光導波路を組み入れた自動車に関するものである。

以下、本発明を、添付の図面に例示した複数の非制限的な実施例に即して詳述する。全ての図面は、模式的であり、また、説明の便宜のため、図面における尺度は、必ずしも真の尺度を反映したものではない。

図Aは、光導波路Ｇの第１の例を示す斜視図、図１Bは、外形図である。この光導波路は、概して環状の形状を有し、車輌ヘッドランプ用のディップビーム、またはフルビームモジュールタイプの光モジュールの周囲に配置可能となっている。

この光導波路は、航空灯や昼間航海灯の機能等、信号機能を発揮することもできる。この場合、光導波路は、公知の要領でプリズムを具備している反射面ＦＲである後面と、ほぼ円筒状または円環状の出力面ＦＳである前面とを有している。

光線は、反射面のプリズムの全反射で導波路内に伝播し、所望の照射を行わせる出力面により画定される導波路の周囲全体に発せられる。導波路の断面は、この場合、たとえば円形である。導波路は、２つの光導入点を、２つの終端部（Ｅ１，Ｅ２）に有しており、それらの端部は、光入力面（ＦＥ）を画定している。

これらの終端部は、チャンネル（ｃａ１，ｃａ２）に通じている。これらのチャンネルは、この例では光導管であり、好ましくは光導波路と一体である（したがって、ポリマー材料製であることが好ましい）。また、固体ガラス製の光導波路でもよい。また、１つ以上の光源（例えば、ハロゲンバルブや発光ダイオードタイプの光源）から発する光を伝達する光ファイバであってもよい。

前記終端部は、導波路Ｇと一体の部分であり、１つの部材として成形され、例えば、ポリカーボネート製である（ポリメチルメタクリレート等の他のポリマーでもよい）。導波路Ｐの中央面に対して、ほぼ垂直または斜めに、終端部Ｅ１，Ｅ２内に到着する光ビームが、導波路のそれぞれ片側及び対向側に迂回するよう、２つの湾曲部Ｃ１、Ｃ２が設けられている。

図２A、図２Bは、図１A、図１Bにおける一部の詳細を表す。これらの図では、（再発光なしで光を伝える）終端部と（光を伝えるとともに、信号機能を実行するために長さ全体に対して徐々に光を拡散させる）導波路との間の接続のための領域は、２種類の角度を有し、この場合、本発明では、尾根部Ａ１，Ａ２を画定する２つの切子面Ｓ１，Ｓ２を有する斜角の突出隅部を有する約９０°の湾曲部を有している。

同じタイプの光導波路の先行技術を示す図６の例では、湾曲部の領域に、傾斜側部Ｓ３を１つだけ有するという相違点がある。

図４A及び図４Bに例示するように、本発明によると、湾曲部の領域において、光線の経路は大きく変えられる。

図６及び図４Aに示す先行技術では、傾斜側部Ｓ３に到達した光は、符号（ｘ，ｙ，ｚ）で示す角度幅を有している。傾斜面Ｓ３に対して直交するベクトルｎの座標は、（１／√２，−１／√２，０）である。０°モードの入射光線では、座標は（０，１，０）であり、入射角４５°が得られる。しかしながら、この値は、導波路の製造に用いられるポリマー材料の全反射の角度、すなわち約４０°に近い値である。

そのため、より小さい角度で、面Ｓ３に到着した入射光の中には、反射されずに、導波路から発光してしまう光の成分が存在し、ホットスポットが形成されてしまい、また、導波路のその他の部分の光出力が低下してしまう。

一方、本発明による装置では、図２A、図２B、図４A、図４Bに例示されているように、状況は異なっている。第１の切子面Ｓ１に対して垂直なベクトルｎの座標は、（１／２，−１／２，＋／−√２／２）である。この切子面への０°モードの入射光の入射角は、６０°であり、前出の４０°とは異なっている。

これらの光は、切子面Ｓ１における第１の反射の後に、再び６０°の入射角で、第２の切子面Ｓ２に到達する。この場合においても、反射は全反射であり、光の漏洩はなく、光は座標（１、０、０）で与えられる最終の方向で、導波路に返送される。

図５Aの表では、本発明による例を「例１」とし、従来技術による例を、「従来技術」として示す。計測した光量の最大値をカンデラ（cd）で示し、湾曲部の領域で計測した光束をルーメンで示す。

この計測は、湾曲部（ホットスポット）の領域と、導波路の出力面（「リング」）の湾曲部から離隔した位置とで行われる。

図５Bは、本発明の実施例と、先行技術との最大値と光束の差を計算するために、図５Aの表から導き出された値を示す。この表により、本発明によれば、ホットスポットを通って発する光の損失を、７２%低減することができ、同時に、導波路の残りによって発される光束を、３４%増加することができることがわかる。

本発明によれば、ホットスポットの影響をほとんど排除することができ、さらに、導波路は、より効果的に、かつより強く、その導入点の外へ光を発することができることが注目される。

この例１の先行技術に対する別の利点としては、ホットスポットの近傍では、導波路は、スイッチオンの場合に、先行技術よりも一様な外観を有することがある。

本発明の例２を、図３Aおよび図３Bに示す。これは、例１の変形例である。例１との相違は、導波路が、閉鎖外形を有する環状の導波路ではないという点である。存在するのは、単一の終端部Ｅだけである。ここでも、２つの斜角を有する突出隅部を有しているが、この例では、これらの隅部は、相交わって尾根部Ａ１，Ａ２を形成し、これらの尾根部は、前出の場合と同様に、それぞれ突出隅部（Ｓ１，Ｓ２）及び（Ｓ１’，Ｓ２’）を有している。

また、２つの隅部の交点の境界を与える尾根部Ｂ１，Ｂ２を備えている。ここで、Ｂ１は、２つの第１の切子面（Ｓ１，Ｓ１’）の間の尾根部であり、Ｂ２は、２つの第２の切子面（Ｓ２，Ｓ２’）の間の尾根部である。全ての尾根は、交点０の領域内で接合する。光の経路についての詳述は省略するが、光は、前出の例と同様に、ダブルの全反射を行う。

本発明における光導波路は、他の形状、例えば、曲線、１つ以上の円弧部、その他の形状を有しいてもよい。また、本発明は、必要な変更を加えて、閉鎖型、開放型の何れかの曲線状または直線状の導波路や、湾曲を有する導波路に適用することも可能である。この場合、一方の端部に近接しているか、光導入点その他に近接しているかを問わない。

前述の各例では、光導波路Ｇは、円形断面を有しているが、他の例として、楕円形、正方形、長円形、あるいはより複雑な断面を有していてもよい。これは、好ましくは結晶状のポリカーボネート（またはポリメチルメタクリレートＰＭＭＡ等の他の適当なポリマー）製の透過性のポリマーの場合に有用である。

本発明に従った光導波路の第１の例を示す概略図である。 光の伝達を示す概略図である。 図１A、図１Bに示す光導波路の第１の例の、導波路への光の導入点の領域における詳細を示す概略図である。 図１A、図１Bに示す光導波路の第１の例の、導波路への光の導入点の領域における詳細を示す概略図である。 光導波路の第２の例の斜視図である。 図３Aに示す光導波路への光導入点の領域における詳細を示す概略図である。 本発明による湾曲部を有する光導波路内の光経路を示す図である。 従来技術における図４Aと同様の図である。 図４Aに示す本発明による湾曲導波路の光性能レベルに関するデータの表である。 同じく従来技術に関する表である。 先行技術における光導波路への光導入領域の概略図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２ 尾根部
ｃａ１，ｃａ２ チャンネル
Ｃ 隅部
Ｅ１，Ｅ２ 終端部
ＦＥ 光入力面
ＦＲ 光反射面
ＦＳ 出力面
Ｇ 光導波路
Ｓ 光源
Ｓ１，Ｓ２ 切子面
Ｓ３ 傾斜側部

Claims (9)

1. 光線を発する少なくとも１つの光源（Ｓ）と、光ビームが中を伝播する少なくとも１つの光導波路（Ｇ）とを備える自動車用照明・信号装置であって、
   前記光導波路は、少なくとも一つの終端部に、前記光源から前記光導波路（Ｇ）へ光ビームを伝える入力面（ＦＥ）を有し、光ビーム用の出力面（ＦＳ）を形成する第１の面を有し、出力面から離隔して光反射面（ＦＲ）を形成する第２の面を有し、
   前記光導波路は少なくとも１つの湾曲部を有しており、かつ、
   湾曲部の外側に向かって突き出ており、前記光導波路に入射光線を返送するための２つの切子面（Ｓ１，Ｓ２）を有することにより斜角が形成されている少なくとも１つの隅部（Ｃ）を、前記光導波路は、前記湾曲部に有し、
   射光線の全反射の条件下で、２つの反射が、前記切子面（Ｓ１，Ｓ２）の一方へ、次いで他方の切り子面へ、連続して行われるように、前記隅部（Ｃ）が設計されていることを特徴とする自動車用照明・信号装置。
2. 湾曲部は、１つ又は少なくとも１つの光導波路の入力面（ＦＥ）に近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用照明・信号装置。
3. 光導波路は、互いに近接して配置される２つの入力面（ＦＥ）を有する概ね閉鎖形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車用照明・信号装置。
4. 光導波路は、入力面（ＦＥ）を１つだけ有する完全な閉鎖形状を有していることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の自動車用照明・信号装置。
5. 終端部内へ延びる光線が、異なる方向で導波路内に発する２つの流れで、光導波路を終端部に接続するための領域内の一部区域に分配されるよう、入力面（ＦＥ）は、光伝達終端部（Ｅ）にあることを特徴とする請求項４に記載の自動車用照明・信号装置。
6. ２つの湾曲部が、光導波路を終端部に接続するための領域内の一部区域にあり、湾曲部は互いに接合され、湾曲部の隅部は、交叉する部分を有することを特徴とする請求項５に記載の自動車用照明・信号装置。
7. １つの入力面（ＦＥ）又は複数の入力面（ＦＥ）のそれぞれが、光伝達終端部（Ｅ）にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の自動車用照明・信号装置。
8. １つ又は複数の終端部分（Ｅ）は、光導波路と一体に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の自動車用照明・信号装置。
9. 突起する隅部（Ｃ）を具備する湾曲部は、光導波路を終端部（Ｅ）に接続するための領域に配置されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の自動車用照明・信号装置。

Images