JP5666942B2

JP5666942B2 - 車両用灯具

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Publication number: JP5666942B2
Application number: JP2011038611A
Authority: JP
Inventors: 隆之八木
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: EP2492581A1; CN102650398B; EP2492581B1; CN102650398A; JP2012174653A

Description

本発明は、発光素子等の面状光源を利用する車両用灯具に関する。

近年、車両用灯具の光源として、発光ダイオード等の発光素子が多く用いられるようになってきている。

特許文献１には、車両前後方向に延びる光軸上に配置された凸レンズと、この凸レンズの後側焦点近傍に配置された発光素子とを備え、発光素子からの直射光を凸レンズで偏向制御することにより、上端部に水平および斜めカットオフラインを有する配光パターンを形成するように構成された車両用照明灯具が開示されている。これによると、凸レンズの周囲に、凸レンズを帯状に囲むようにして凸レンズと一体形成された付加レンズが配置されており、この付加レンズが、発光素子の発光中心近傍を通る、光軸と平行な軸線を中心として略円筒面状に形成されている。

これによると、付加レンズの入射面が光軸と平行な軸線を中心として略円筒面状に形成されているので、発光素子からの出射光のうち、凸レンズの周辺空間へ向かう光の多くを付加レンズに入射させて、その反射面および出射面を介して前方へ向けて出射させることができる。したがって、凸レンズからの出射光により形成される基本配光パターンに対して、この付加レンズからの出射光により付加配光パターンを付加的に形成することができるので、光源光束をより有効に利用することができる。

特開２００９−１４６６６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の車両用照明灯具では、凸レンズの周囲に形成された付加レンズが、光軸と平行な軸線を中心として略円筒面状に形成されているので、レンズ全体の厚みがかなり大きくなってしまう。そのため、成型が困難でありコストも増大してしまうという問題がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、凸レンズからの出射光により形成される基本配光パターンに対して、凸レンズの周囲に一体的に形成された付加レンズからの出射光により付加配光パターンを付加的に形成するように構成された車両用灯具において、凸レンズおよび付加レンズの形状を簡素化した構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、車両前後方向に延びる光軸上に配置された凸レンズである第１レンズと、第１レンズの後側焦点近傍に配置された面状光源とを備え、面状光源からの直射光を凸レンズで偏向制御することにより、照射面上で上端部に水平および斜めカットオフラインを有する第１配光パターンを形成するように構成された車両用灯具である。面状光源の下端縁が光軸を含む平面上に位置するとともに、下端縁における一方の端点が後側焦点に位置するように、面状光源が前向きに配置されている。第１レンズの周囲に一体形成され、凸レンズの中央部がくり抜かれた形状である第２レンズをさらに備える。第２レンズは、面状光源からの直射光を水平方向に拡散する光として出射させ、第１配光パターンに重畳して照射される、水平カットオフラインを有する第２配光パターンを形成するように構成される。車両前後方向における第１レンズと第２レンズの厚さが略等しい。

この態様によると、第１レンズからの出射光により形成される基本の第１配光パターンに対して、第１レンズの周囲に一体的に形成された第２レンズからの出射光により第２配光パターンを付加的に形成するように構成された車両用灯具において、第１レンズと第２レンズの厚さが略等しいため、成型、保管または取り扱いが容易になる。

第１レンズの後端面と第２レンズの後端面とが面一であってもよい。これによると、レンズの成型がさらに容易になる。

第２レンズの後端面は前記面状光源からの直射光の入射面であり、第２レンズは、入射面で屈折された光を凸レンズ形状である出射面でさらに屈折させて、水平方向に拡散する光を形成してもよい。レンズ内での全反射を利用しないので、出射光の制御が簡単になる。

第２レンズの光軸よりも上部から出射される光が、光軸よりも下部から出射される光よりも照射面上で光軸付近に集中するように、第２レンズが構成されてもよい。これによると、付加的な第２配光パターンを、第１配光パターン下方の広い範囲に照射することが可能になる。

本発明によれば、凸レンズからの出射光により形成される基本配光パターンに対して、凸レンズの周囲に一体的に形成された付加レンズからの出射光により付加配光パターンを付加的に形成するように構成された車両用灯具において、凸レンズおよび付加レンズの形状を簡素化することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用灯具を示す正面図である。図１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。（ａ）、（ｂ）は、発光素子から付加レンズに入射した光の出射光の光路を示す図である。一実施形態に係る車両用灯具の凸レンズを発光チップと共に示す、図１の要部拡大図である。一実施形態に係る車両用灯具から前方へ照射される光により、仮想鉛直スクリーン上に形成される基本配光パターンを透視的に示す図である。仮想鉛直スクリーン上に形成される上部付加配光パターンを透視的に示す図である。仮想鉛直スクリーン上に形成される下部付加配光パターンを透視的に示す図である。（ａ）は発光素子の下端縁が水平になるように配置する変形例を示す図であり、（ｂ）はこのときに仮想鉛直スクリーン上に形成される基本配光パターンを示す図である。（ａ）は横長五角形の発光素子を使用する変形例を示す図であり、（ｂ）はこのときに仮想鉛直スクリーン上に形成される基本配光パターンを示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用灯具１０を示す正面図である。また、図２は、図１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る車両用灯具１０は、車両前後方向に延びる光軸Ａｘ上に配置された凸レンズ１２と、この凸レンズ１２を全周にわたって帯状に囲むようにして凸レンズ１２と一体形成された付加レンズ２２と、凸レンズ１２の後側焦点Ｆ近傍に配置された面状光源である発光素子１４と、この発光素子１４を支持する金属プレート１６と、金属プレート１６および付加レンズ２２を位置決め支持する金属製の支持部材１８と、から構成される。車両用灯具１０は、図示しないランプボディ等に対して光軸調整可能に組み込まれた状態で、車両用前照灯の灯具ユニットとして用いられる。

車両用灯具１０は、光軸調整が完了した段階では、その光軸Ａｘが車両前後方向に対して０．５〜０．６°程度下向きの方向に延びた状態で配置される。

凸レンズ１２は、前方側表面１２ａが凸面で後方側表面１２ｂが平面の平凸非球面レンズに近い形状を有する凸レンズであって、光軸Ａｘ上に配置されている。その際、この凸レンズ１２の前方側表面１２ａは、その光軸Ａｘを含む鉛直面に沿った断面形状が、平凸非球面レンズにおける前方側表面の断面形状を有しているが、鉛直面に沿った断面形状以外の断面形状は、平凸非球面レンズにおける前方側表面の断面形状を幾分変形させた形状を有している。したがって、この凸レンズ１２の後側焦点Ｆとは、正確には、光軸Ａｘを含む鉛直面内における後側焦点のことである。この凸レンズ１２の前方側表面１２ａの詳細については後述する。

発光素子１４は、例えば白色発光ダイオードであって、横長矩形状（例えば縦１ｍｍ横２ｍｍ程度の長方形）の発光面を有する発光チップ１４ａと、この発光チップ１４ａを支持する基板１４ｂとからなっている。その際、発光チップ１４ａは、その発光面を覆うように形成された薄膜により封止されている。なお、発光素子１４は、出射面が略平面であれば発光ダイオード以外の光源を使用するものであってもよい。

発光素子１４は、その発光チップ１４ａの下端縁１４ａ１を、光軸Ａｘを含む水平面に対して自車線側へ向けて所定角度θ（具体的にはθ＝１５°）上向きに傾斜した傾斜面上に位置させるとともに、下端縁１４ａ１における対向車線側の端点を凸レンズ１２の後側焦点Ｆに位置させるようにして、前向きに配置されている。

付加レンズ２２は、発光素子１４の発光中心（すなわち灯具正面視における発光チップ１４ａの中心）Ｏを通る、光軸Ａｘと平行な軸線Ａｘ１を中心とした、凸レンズの中央部分がくり抜かれた略円環状に形成されている。付加レンズ２２は、発光素子１４からの直射光を軸線Ａｘ１から離れる方向へ屈折させる態様で付加レンズ２２に入射させる入射面２２ｂと、入射面２２ｂから入射した光を前方へ向けて出射させる出射面２２ａとを備えた構成となっている。

車両前後方向、すなわち光軸Ａｘ方向における付加レンズ２２の出射面２２ａの厚みは、凸レンズ１２の厚みと略同一となっている。付加レンズ２２の入射面２２ｂにおける前端縁（すなわち、付加レンズ２２の内周側）２２ｃの径は、凸レンズ１２の前方側表面１２ａと付加レンズ２２の出射面２２ａとの境界線１２ａ１の径と略同じ値に設定されている。

また、付加レンズ２２の入射面２２ｂは、凸レンズ１２の入射面１２ｂと面一になるように形成される。すなわち、レンズの発光素子１４と面する側は、全体として略平面となるように構成されている。

付加レンズ２２における出射面２２ａの外周側には、軸線Ａｘ１と直交する方向へ突出するフランジ部２２ｅが形成されている。

支持部材１８は、金属プレート１６を位置決め支持した状態で、凸レンズ１２および付加レンズ２２の略下半部をその後方側から囲むように配置されている。支持部材１８の前端部は、付加レンズ２２をその全周にわたって囲むリング部１８ａとして構成されており、このリング部１８ａには、光軸Ａｘを中心として所定角度範囲にわたって形成された位置決め溝１８ｂが形成されている。

この位置決め溝１８ｂに付加レンズ２２のフランジ部２２ｅが嵌め込まれることにより、凸レンズ１２および付加レンズ２２が支持部材１８に対して位置決め支持されるようになっている。その際、凸レンズ１２および付加レンズ２２は、前後方向に位置決めされるとともに、これと直交する平面内における上下左右および回転方向にも位置決めされるようになっている。

図２には、発光素子１４の発光中心Ｏから出射した光の光路も示されている。発光素子１４から凸レンズ１２に入射した光は、上下方向に関しては僅かに下向きの平行光として出射し、また、左右方向に関しては右水平方向にある程度拡散する光として出射するとともに、左斜め上方向にある程度拡散する光として出射するようになっている。

図３（ａ）、（ｂ）は、発光素子１４から付加レンズ２２に入射した光の出射光の光路を示す図である。

本実施形態の付加レンズ２２は、光軸Ａｘの上部と下部とで出射光の傾向が異なるように構成されている。これを表すため、図３（ａ）はレンズ１０の光軸Ａｘを含む水平断面の概略断面図を示し、図３（ｂ）はレンズ１０の光軸Ａｘを含む鉛直断面の概略断面図を示す。

図３（ａ）に示すように、付加レンズ２２は、水平方向に関して、入射面２２ｂで屈折された光を凸レンズの周縁部に相当する形状である出射面２２ａでさらに屈折させて、凸レンズ１２からの出射光よりもさらに大きく左右両側に拡散する光として出射するように構成される。

これに対し、図３（ｂ）に示すように、付加レンズ２２は、鉛直方向に関しては凸レンズ１２からの出射光よりもさらにやや下向きの光として出射する。このとき、光軸Ａｘよりも上部にある出射面２２ａ１から出射する光が、光軸Ａｘよりも下部にある出射面２２ａ２から出射される光よりも鉛直方向の拡散の幅が小さくなるように、付加レンズ２２が設計されている。さらに、出射面２２ａ１から出射した光によって仮想鉛直スクリーン上に構成される配光パターン（以下「上部付加配光パターン」と呼ぶ）の方が、出射面２２ａ２から出射した光によって仮想鉛直スクリーン上に構成される配光パターン（以下「下部付加配光パターン」と呼ぶ）よりも、光軸付近に集中するようになっている。

これらの上部付加配光パターンおよび下部付加配光パターンは、凸レンズによる配光パターンに重畳して照射される。

図４は、本実施形態の凸レンズ１２を発光チップ１４ａと共に示す、図１の要部拡大図である。

図４に示すように、凸レンズ１２の前方側表面１２ａは、光軸Ａｘを含む鉛直面に関して対向車線側に位置する全領域が水平方向拡散領域Ｚ１として構成されるとともに、光軸Ａｘを含む鉛直面に関して自車線側に位置する全領域が斜め方向拡散領域Ｚ２として構成されている。

水平方向拡散領域Ｚ１は、複数のセルＣ１に区分けされており、これら各セルＣ１毎に光出射方向が設定されている。

具体的には、図４において矢印で示すように、境界線Ｂに近いセルＣ１においては、出射光の向きをやや大きい角度で左向きとし、凸レンズ１２の外周縁に近いセルＣ１においては、出射光の向きを比較的大きい角度で右向きとし、その中間に位置するセルＣ１においては、その中間の向きとするようになっている。その際、各段毎に、境界線Ｂに隣接するセルＣ１から凸レンズ１２の外周縁に隣接するセルＣ１まで、出射光の向きを水平面内において徐々に変化させるようになっている。

一方、斜め方向拡散領域Ｚ２は複数のセルＣ２に区分けされており、これら各セルＣ２毎に光出射方向が設定されている。

具体的には、図４において矢印で示すように、境界線Ｂに近いセルＣ２においては、出射光の向きを曲線Ｌ２ｃに沿って小さい角度で左向きとし、凸レンズ１２の外周縁に近いセルＣ２においては、出射光の向きをある程度大きい角度で左向きとし、その中間に位置するセルＣ２においては、その中間の向きとするようになっている。本実施形態においては、光軸Ａｘから斜め下方へ延びる曲線Ｌ２ｍと境界線Ｂとで囲まれた扇形の領域内のセルＣ２においても、出射光の向きを曲線Ｌ２ｃに沿ってやや左向きとするようになっている。その際、各段毎に、境界線Ｂに隣接するセルＣ２から凸レンズ１２の外周縁に隣接するセルＣ２まで、出射光の向きを、水平面に対して角度θ傾斜した傾斜平面内において徐々に変化させるようになっている。

この斜め方向拡散領域Ｚ２は、その上部領域Ｚ２ａおよび下部領域Ｚ２ｂ（図４において斜線で示す領域）においては、領域Ｚ２に到達した発光素子１４からの光を、下方側（正確には上記傾斜平面に対して下方側）へ拡散する光として出射させるように構成されている。その際、下方側への出射光偏向量は、境界線Ｂの上端点および光軸Ａｘから斜め下方へ延びる曲線Ｌ２ｍの下端点の各々に近いセルＣ２におけるものほど、大きくなるように設定されている。

なお、図４において、各セルＣ１、Ｃ２の中心位置から延びる矢印は、発光チップ１４ａの下端縁１４ａ１における対向車線側の端点（すなわち凸レンズ１２の後側焦点Ｆの位置）から凸レンズ１２に入射した光が、各セルＣ１、Ｃ２から出射する向きを示すものである。

このように凸レンズ１２の前方側表面１２ａを形成することにより、この前方側表面１２ａは水平方向拡散領域Ｚ１と斜め方向拡散領域Ｚ２との境界線Ｂにおいて不連続な表面形状となり、この境界線Ｂが稜線として形成されることとなる。

図５〜図７は、本実施形態に係る車両用灯具１０から前方へ照射される光により、灯具前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される基本配光パターンＰＣ、上部付加配光パターンＰＢ１および下部付加配光パターンＰＢ２を透視的に示す図である。

基本配光パターンＰＣは、凸レンズ１２からの出射光により形成される配光パターンである（図５）。上部付加配光パターンＰＢ１は、付加レンズ２２の上部出射面２２ａ１からの出射光により形成される配光パターンである（図６）。下部付加配光パターンＰＢ２は、付加レンズ２２の下部出射面２２ａ２からの出射光により形成される配光パターンである（図７）。これら基本配光パターンＰＣ、上部付加配光パターンＰＢ１、下部付加配光パターンＰＢ２と、図示しない他の灯具ユニットから前方へ照射される光により形成される配光パターンとの合成配光パターンとして、ロービーム用配光パターンＰＬ２が形成される。

このロービーム用配光パターンＰＬ２は、左配光のロービーム用配光パターンであって、その上端部に水平および斜めカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２を有している。その際、灯具正面方向の消点であるＨ−Ｖを通る鉛直線であるＶ−Ｖ線に対して、対向車線側に水平カットオフラインＣＬ１が形成されるとともに、自車線側に斜めカットオフラインＣＬ２が形成されており、両カットオフラインＣＬ１、ＣＬ２の交点であるエルボ点Ｅは、灯具正面方向の消点であるＨ−Ｖの０．５〜０．６°程度下方に位置している。このロービーム用配光パターンＰＬ２においては、エルボ点Ｅを左寄りに囲むようにして高光度領域であるホットゾーンＨＺが形成される。

基本配光パターンＰＣは、第１の配光パターンＰＣ１と第２の配光パターンＰＣ２との合成配光パターンとして形成されている。配光パターンＰＣ１は、水平方向拡散領域Ｚ１からの出射光により形成される配光パターンであって、その上端縁を水平カットオフラインＣＬ１に略一致させるようにして形成されている。一方、配光パターンＰＣ２は、斜め方向拡散領域Ｚ２からの出射光により形成される配光パターンであって、その上端縁を斜めカットオフラインＣＬ２に略一致させるようにして形成されている。そして、ロービーム用配光パターンＰＬ２のホットゾーンＨＺは、主として、これら２つの配光パターンＰＣ１、ＰＣ２の重複部分により形成されるようになっている。

上部付加配光パターンＰＢ１は、その上端縁を水平カットオフラインＣＬ１に略一致させるようにして左右方向に拡散する配光パターンである。また、下部付加配光パターンＰＢ２は、上部付加配光パターンＰＢ１よりも鉛直方向下方に位置するように、左右方向に拡散する配光パターンである。

以上説明したように、本実施形態に係る車両用灯具１０においては、配光パターンＰＣ１、ＰＣ２の合成配光パターンとして、上端部に水平および斜めカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２を有する基本配光パターンＰＣが形成される。

また、凸レンズ１２の周囲に一体形成された付加レンズ２２によって、水平および斜めカットオフラインＣＬ１、ＣＬ２の下方近傍において左右方向に拡散する付加配光パターンＰＢ１、ＰＢ２を形成することができる。

また、本実施形態では、凸レンズ１２と付加レンズ２２の車両前後方向における厚みが略等しくなるように構成されている。したがって、特許文献１の特開２００９−１４６６６号公報に記載された発明と比べて、レンズ全体を薄型化することができる。また、本実施形態では、凸レンズ１２と付加レンズ２２の後端面、すなわち入射面１２ｂと２２ｂとが面一となっている。したがって、レンズの成型が容易になり、製造コストが低下し、また保管や取り扱いも容易になる。

また、本実施形態では、付加レンズ２２は、発光素子１４から入射した光を屈折のみによって前方に出射するように構成されている。レンズ内での全反射を利用しないので、出射光の制御がより簡単になる。

本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能であり、同様な効果を得ることができる。

実施の形態では、発光素子１４を自車線側に傾斜させて配置することを述べたが、図８（ａ）に示すように、発光素子１４の下端縁が水平になるように配置してもよい。すなわち、発光チップ１４ａの下端縁１４ａ１を、光軸Ａｘを含む水平面上に位置させるとともに、下端縁１４ａ１における自車線側（すなわち左側（灯具正面視では右側））の端点を、凸レンズ１２の後側焦点Ｆに位置させるようにして、発光素子１４を配置してもよい。

図８（ｂ）は、発光素子１４を図８（ａ）のように配置したときに仮想鉛直スクリーン上に形成される基本配光パターンＰＣを示す図である。斜めカットオフラインＣＬ２が配光パターンＰＣ２の上端縁で形成されるのではなく、配光パターンＰＣ２の右上角で形成される点が、図５の例と異なる。

また、発光素子は長方形でなくてもよい。例えば、図９（ａ）に示すように、発光素子１４’が横長五角形の発光面１４’Ａを有する構成であってもよい。この発光素子１４’は、発光面１４’Ａの下端縁における第１辺１４’Ａ１を光軸Ａｘを含む水平面上に位置させるとともに、その第１辺１４’Ａ１と第２辺１４’Ａ２との交点を凸レンズ１２の後側焦点Ｆに位置させるようにして、前向きに配置されている。このとき、第２辺１４’Ａ２は、自車線側（すなわち左側（灯具正面視では右側））へ向けて所定角度θ上向きに傾斜した斜め方向に延びることとなる。

図９（ｂ）は、発光素子１４’を図９（ａ）のように配置したときに仮想鉛直スクリーン上に形成される基本配光パターンＰＣを示す図である。この場合、基本配光パターンＰＣを構成する配光パターンＰＣ１、ＰＣ２は、それぞれ略台形状のパターンとなる。そして、水平カットオフラインＣＬ１が略台形状パターンの上辺で形成され、斜めカットオフラインＣＬ２が略台形状パターンの斜辺で形成される。

ＣＬ１水平カットオフライン、ＰＢ１上部付加配光パターン、ＣＬ２斜めカットオフライン、ＰＢ２下部付加配光パターン、ＰＬ２ロービーム用配光パターン、１０車両用灯具、１２凸レンズ、１４発光素子、Ａｘ光軸、１６金属プレート、１８支持部材、ＰＣ基本配光パターン、ＰＢ付加配光パターン、２２付加レンズ、２２ａ出射面、２２ｂ入射面。

Claims

車両前後方向に延びる光軸上に配置された凸レンズである第１レンズと、該第１レンズの後側焦点近傍に配置された面状光源とを備え、前記面状光源からの直射光を前記凸レンズで偏向制御することにより、照射面上で上端部に水平および斜めカットオフラインを有する第１配光パターンを形成するように構成された車両用灯具において、
前記面状光源の下端縁が前記光軸を含む平面上に位置するとともに、該下端縁における一方の端点が前記後側焦点に位置するように、前記面状光源が前向きに配置されており、
前記第１レンズの周囲に一体形成され、凸レンズの中央部がくり抜かれた形状である第２レンズをさらに備え、
前記第２レンズは、前記面状光源からの直射光を水平方向に拡散する光として出射させ、前記第１配光パターンに重畳して照射される、前記水平カットオフラインを有する第２配光パターンを形成するように構成され、
車両前後方向における前記第１レンズと前記第２レンズの厚さが略等しく、前記第１レンズの後端面と前記第２レンズの後端面とが面一かつ平面であることを特徴とする車両用灯具。
前記第２レンズの後端面は前記面状光源からの直射光の入射面であり、
前記第２レンズは、前記入射面で屈折された光を凸レンズ形状である出射面でさらに屈折させて、前記水平方向に拡散する光を形成することを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
前記第２レンズの前記光軸よりも上部から出射される光が、前記光軸よりも下部から出射される光よりも照射面上で光軸付近に集中するように前記第２レンズが構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。