JP5688952B2 - 車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用灯具に関する。
従来、自動車用ヘッドライトなどの車両用灯具では、その光源として発光ダイオードなどの半導体発光素子が広く用いられている。この種の車両用灯具では、例えば複数の半導体発光素子を適宜配列するなどして、所望する形状の配光パターンを形成することは可能であるが、所望する光度分布の配光パターンを形成することは困難であった。
そこで、例えば特許文献1では、光照射方式が異なる複数種類の灯具ユニットを組み合わせて用いることによって、所望する形状及び光度分布の配光パターンを形成可能とした車両用灯具が提案されている。
特許第4002159号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載の車両用灯具では、車両前方へ光を出射する投影レンズが各灯具ユニットに個別に設けられているため、発光したときに複数の投影レンズの出射面(発光面)間に暗部が形成されてしまう。つまり、発光部全体が一体的に発光せず、発光時の見栄えが好ましくない。
また、一般に投影レンズの出射面は配光を制御する目的で凸面とされるため、全体として複数の凸面が断続的に配列された発光部となってしまう。したがって、発光部を車両の外観デザインに倣った滑らかな形状とすることができず、外観上好ましくない。
更に、所望の配光パターンを得るには複数の投影レンズを適切な位置関係で組み付けなければならないため、組立コストが嵩むうえに、組み付け誤差に起因する配光性能の低下を招く恐れがある。
これらの問題は複数の投影レンズを一体化することで解決できるようにも思われる。しかしながら、単純に複数の投影レンズを連結させただけでは、単一の投影レンズであっても複数の凸部を有する出射面が形成されることとなるため、複数の投影レンズを組み付ける必要性はなくなるものの、発光時の見栄えや外観についての上記問題は依然として解決されない。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、半導体発光素子を光源とし、発光時の見栄えや外観に優れる車両用灯具の提供を課題とする。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、
複数の半導体発光素子と、
前記複数の半導体発光素子から出射された光を車両前方に照射する投影レンズと、
を備える車両用灯具において、
前記投影レンズは、主たる配光制御を行うとともに前記複数の半導体発光素子と対応付けられた複数の入射面と、単一の出射面と、を有し、
前記出射面は、前記複数の入射面から前記投影レンズ内に入射した光を出射させる複数の出射領域のそれぞれが、隣り合う出射領域と一部を重複させており、
前記複数の入射面は、すれ違いビームのうちのカットオフラインを形成するための入射面を有し、
当該入射面は、
当該入射面のうちの自車線側に形成されて、自車線側水平カットオフラインを形成するための第1屈折面と、
当該入射面のうちの対向車線側に形成されて、対向車線側水平カットオフラインを形成するための第2屈折面と、
当該入射面のうち前記第1屈折面及び前記第2屈折面の間に形成されて、前記自車線側水平カットオフラインと前記対向車線側水平カットオフラインとを結ぶ斜めカットオフラインを形成するための第3屈折面と、
から構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、投影レンズが、複数の半導体発光素子と対応付けられた複数の入射面と、単一の出射面とを有しており、この出射面が、複数の入射面から投影レンズ内に入射した光を出射させる複数の出射領域のそれぞれを、隣り合う出射領域と一部重複させているので、複数の半導体発光素子から出射された光を単一の出射面から隙間無く出射させることができる。したがって、複数の投影レンズを配列又は連結させた場合と異なり、面内に暗部を有することなく出射面全体が一体的に発光するので、発光時の見栄えを優れたものとすることができる。
また、投影レンズの複数の入射面が主たる配光制御を行うので、配光制御を担う凸面状の複数の出射面を配列又は連結させた場合と異なり、出射面を設計自由度の高い単一の面とすることができる。したがって、発光部となる出射面を車両の外観デザインに倣った滑らかな形状とすることができ、ひいては外観を優れたものとすることができる。
実施形態における車両用灯具の正面図である。 実施形態における車両用灯具の平面図である。 実施形態における車両用灯具の分解斜視図である。 実施形態における投影レンズの長手方向断面における光線軌跡を示す図である。 実施形態における投影レンズの上下方向断面における光線軌跡を示す図である。 実施形態における第1入射面の第1屈折面及び出射面によって形成される投影像を示す図である。 実施形態における第1入射面の第2屈折面及び出射面によって形成される投影像を示す図である。 実施形態における第1入射面の第3屈折面及び出射面によって形成される投影像を示す図である。 実施形態における投影レンズによって形成される投影像を模式的に示す図である。 実施形態の変形例における車両用灯具の分解斜視図である。 実施形態の変形例における第1入射面の第1屈折面及び出射面によって形成される投影像を示す図である。 実施形態の変形例における第1入射面の第2屈折面及び出射面によって形成される投影像を示す図である。 実施形態の変形例における投影レンズによって形成される投影像を模式的に示す図である。 実施形態におけるLEDの変形例を示す図である。 実施形態におけるLEDの変形例を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態における車両用灯具1の正面図であり、図2は、車両用灯具1の平面図であり、図3は、車両用灯具1の分解斜視図である。
なお、車両用灯具は車両の前部左右にそれぞれ搭載されるものであるが、以下では、車両の前部左側に搭載される車両用灯具1のみについて説明し、車両の前部右側に搭載される車両用灯具についての説明は省略する。また、以下の説明では、特に断らない限り、「上」「下」「前」「後」「左」「右」との記載を、車両用灯具1が搭載された図示しない車両から見た方向を指すものとして、図面の記載と対応させて用いることとする。
図1〜図3に示すように、車両用灯具1は、図示しない車両の前部左側に搭載され、車両前方に光を照射して左側通行用のすれ違いビームを形成するものであり、車両前部の外観デザインに倣うように、車両内側(右側)から車両外側(左側)に向かって上方及び後方へ傾斜した形状に形成されている。この車両用灯具1は、例えば12個のLED2,…と、投影レンズ3とを備えている。
このうち、LED2,…は、本発明に係る半導体発光素子(LEDパッケージ)であり、階段状に形成されたブラケット4の段面41,…に固定されている。ブラケット4は、右側から左側に向かって上方及び後方へ傾斜した長尺な形状に形成されるとともに、各段面41が前後方向に直交するとともに左方へ向かうに連れて段階的に後方に位置するように形成されている。より詳しくは、ブラケット4の段面41,…は、後述する投影レンズ3の入射面31と正対するように所定の間隔で配設されているとともに、このうち左側の4つの段面41,…が前方から左方へ20°傾斜している。LED2,…は、この段面41,…の前面中央に取り付けられており、このうち右側の8つのLED2,…が前方へ光を照射し、残る左側の4つのLED2,…が前方から左方へ20°傾斜した方向へ光を照射する。また、ブラケット4の各段面41の後面には、LED2からの発熱を放散するための放熱フィン42,…が形成されている。
投影レンズ3は、LED2,…から出射された光を車両前方へ照射するものであり、右側から左側に向かって上方及び後方へ傾斜した長尺な形状に形成され、LED2,…の前方を覆った状態で4本のねじ5,…によってブラケット4に締結固定されている。この投影レンズ3の後面には、LED2,…から出射された光を当該投影レンズ3内に個別に入射させる12個の入射面31が長手方向に沿って配列されている。また、投影レンズ3の前面は、上側を後方へ傾斜させた平面状に形成されており、当該投影レンズ3内から光を出射させる出射面32を構成している。
投影レンズ3の入射面31,…は、その光学原点を通り前後方向に沿った光軸Ax(図4参照)を有する凸面状に形成されており、すれ違いビームを形成するための主たる配光制御を行う。この入射面31,…は、LED2,…と対応付けて配置されており、具体的には、その光学原点がLED2の発光部の角部に位置するように、それぞれがLED2の前方に配置されている。各入射面31は、隣り合う入射面31との間に段差などなく、当該隣り合う入射面31と直接につながっている。また、この12個の入射面31,…のうち、右側の4つの第1入射面311,…と、中央の4つの第2入射面312,…と、残る左側の4つの第3入射面313,…とは、後述するように、互いに異なる配光制御を行うように形成されている。
このうち、第1入射面311,…は、自車線側(左側)に形成された第1屈折面311aと、対向車線側(右側)に形成された第2屈折面311bと、第1屈折面311a及び第2屈折面311bの間に形成された第3屈折面311cとから構成されている(図3参照)。第1屈折面311a〜第3屈折面311cの各境界線は、正面から見てほぼ上下方向に沿っている。具体的には、第1屈折面311aと第3屈折面311cとの境界線が、光軸Axを含む上下方向断面よりも僅かに左側に位置しており、第2屈折面311bと第3屈折面311cとの境界線が、光軸Axを含む上下方向断面とほぼ一致している。
第2入射面312,…は、第1入射面311と同様に、自車線側(左側)に形成された第1屈折面312aと、対向車線側(右側)に形成された第2屈折面312bと、第1屈折面312a及び第2屈折面312bの間に形成された第3屈折面312cとから構成されている(図3参照)。第1屈折面312a〜第3屈折面312cの各境界線は、正面から見てほぼ上下方向に沿っている。具体的には、第1屈折面312aと第3屈折面312cとの境界線が、光軸Axを含む上下方向断面よりも僅かに左側に位置しており、第2屈折面312bと第3屈折面312cとの境界線が、光軸Axを含む上下方向断面とほぼ一致している。
図4は、投影レンズ3の長手方向断面における光線軌跡を示す図である。
この図に示すように、第1入射面311は、対応するLED2から出射された光が出射面32を通じて左右両側へ拡散するように、当該光を屈折させる。また、第2入射面312は、対応するLED2から出射された光が出射面32を通じ、第1入射面311を通過した光よりも更に左右両側へ拡散するように、当該光を屈折させる。また、図示は省略するが、第3入射面313は、対応するLED2から出射された光が出射面32を通じ、第2入射面312を通過した光よりも更に左右両側へ拡散するように、当該光を屈折させる。このとき、出射面32のうち、各入射面31から投影レンズ3内に入射した光を出射させる出射領域は、隣り合う出射領域と一部を重複させている。つまり、出射面32は、投影レンズ3の長手方向に沿って隙間なく光を出射させる。また、隣り合う入射面の間に段差がある場合に、出射面32内で隣り合う出射領域を重複させようとすると、グレアなどの意図しない照射光やロス光を生じうるところ、各入射面31が隣り合う入射面31と段差なく直接につながっているため、このような意図しない照射光やロス光の発生を防止することができる。
図5は、投影レンズ3の上下方向断面における光線軌跡を示す図である。
この図に示すように、第1入射面311は、対応するLED2から出射された光のうち、一部が出射面32を通じて光軸Axよりも下方へ向かい、残りが出射面32を通じて光軸Axに沿って進むように、当該光を屈折させる。また、図示は省略するが、第2入射面312は、対応するLED2から出射された光のうち、一部が出射面32を通じて光軸Axよりも下方へ向かい、残りが出射面32を通じて光軸Axに沿って進むように、当該光を屈折させる。また、図示は省略するが、第3入射面313は、対応するLED2から出射された光が出射面32を通じ、第2入射面312を通過した光よりも更に下方へ向かうように、当該光を屈折させる。
ここで、第1入射面311のうち、自車線側の第1屈折面311aは、上下方向断面において、対応するLED2から出射された光のうち、一部が光軸Axよりも下方へ向かって出射面32から出射され、残りが光軸Axに沿って出射面32から出射されるように、当該光を屈折させる。一方、第1入射面311のうち、第2屈折面311b及び第3屈折面311cは、上下方向断面において、対応するLED2から出射された光が光軸Axよりも下方へ向かって出射面32から出射されるように、当該光を屈折させる。また、第2屈折面311bは、LED2から出射された光が第1屈折面311aよりも更に下方に偏向されて出射面32から出射されるように、当該光を屈折させる。また、第1屈折面311a〜第3屈折面311cは、出射面32から出射される光の下方への偏向角が光軸Axから上下に離れるにつれて漸次大きくなるように、LED2からの光を屈折させる。
また、第2入射面312の第1屈折面312a〜第3屈折面312cは、第1入射面311の第1屈折面312a〜第3屈折面312cと同様に、LED2からの光をそれぞれ屈折させる。
次に、投影レンズ3を通じて車両前方に形成される配光パターン(すれ違いビーム)について説明する。
図6は、投影レンズ3のうち、第1入射面311の第1屈折面311a及び出射面32によって形成される投影像を示す図であり、図7は、第1入射面311の第2屈折面311b及び出射面32によって形成される投影像を示す図であり、図8は、第1入射面311の第3屈折面311c及び出射面32によって形成される投影像を示す図であり、図9は、投影レンズ3によって形成される投影像(配光パターン)を模式的に示す図である。
なお、図6〜図9は、車両用灯具1から前方に所定距離だけ離間した位置の仮想スクリーンに形成される投影像を示している。
図6に示すように、第1入射面311の第1屈折面311a及び出射面32を通じて車両前方へ出射された光は、各光線による反転投影像Iを上下左右に配列させるようにして、光軸Axを通る鉛直線Vよりもやや左側(自車線側)の水平線H上の点E1よりも左側であって、光軸Axを通る水平線Hよりも下方の照射領域B1を照射する。このとき、水平線Hに沿った照射領域B1の上縁が、自車線側水平カットオフラインC1を形成する。
図7に示すように、第1入射面311の第2屈折面311b及び出射面32を通じて車両前方へ出射された光は、各光線による反転投影像Iを上下左右に配列させるようにして、水平線Hよりもやや下方(出射面32から0.6°下方を向いた位置)の鉛直線V上の点E2よりも下方であって、光軸Axよりも右側(対向車線側)の所定範囲を含む照射領域B2を照射する。このとき、点E2を通って水平線Hに平行な照射領域B2の上縁が、対向車線側水平カットオフラインC2を形成する。
図8に示すように、第1入射面311の第3屈折面311c及び出射面32を通じて車両前方へ出射された光は、各光線による反転投影像Iを上下や斜めに配列させるようにして、点E1よりも下方且つ点E2よりも左側であって、点E1と点E2とを結ぶ略45度の斜め線よりも下方の照射領域B3を照射する。このとき、点E1と点E2とを結ぶ照射領域B3の縁が、斜めカットオフラインC3を形成する。
以上の照射領域B1〜B3内では、自車線側水平カットオフラインC1,対向車線側水平カットオフラインC2又は斜めカットオフラインC3近傍において最も明るく、これらから下方へ離れるにつれて漸次暗くなる。これは、第1屈折面311a〜第3屈折面311cによる下方への出射光の偏向角が、光軸Axから上下に離れるにつれて漸次大きくなるためである。
そして、以上の照射領域B1〜B3が合成されることにより、カットオフラインC1〜C3を含む第1カットオフライン部Bが形成される。
図9に示すように、第2入射面312及び出射面32を通じて車両前方へ出射された光は、上縁が第1カットオフライン部Bと一致するとともに第1カットオフライン部Bよりも左右両方及び下方に拡散された第2カットオフライン部Dを形成する。
より詳しくは、図示は省略するが、第2入射面312の第1屈折面312a及び出射面32を通じて車両前方へ出射された光が、第1入射面311の第1屈折面311a及び出射面32を通過する光と同様にして、上縁が自車線側水平カットオフラインC1と一致するとともに照射領域B1よりも左方及び下方へ拡散された領域を照射する。また、第2入射面312の第2屈折面312b及び出射面32を通じて車両前方へ出射された光が、第1入射面311の第2屈折面311b及び出射面32を通過する光と同様にして、上縁が対向車線側水平カットオフラインC2と一致するとともに照射領域B2よりも右方及び下方へ拡散された領域を照射する。また、第2入射面312の第3屈折面312c及び出射面32を通じて車両前方へ出射された光が、第1入射面311の第3屈折面311c及び出射面32を通過する光と同様にして、上縁が斜めカットオフラインC3及び水平線Hと一致するとともに照射領域B3よりも下方へ拡散された領域を照射する。そして、これらの領域が合成されることにより、カットオフラインC1〜C3を含む第2カットオフライン部Dが形成される。
第3入射面313及び出射面32を通じて車両前方へ出射された光は、点E2よりも下方であって、第2カットオフライン部Dよりも左右両方及び下方に拡散された拡散配光部Rを形成する。なお、この拡散配光部Rは、特に左側へ広い領域となっている。
そして、第1カットオフライン部B,第2カットオフライン部D及び拡散配光部Rが合成されることにより、すれ違いビームPが形成される。
以上の車両用灯具1によれば、投影レンズ3が、複数のLED2,…と対応付けられた複数の入射面31,…と、単一の出射面32とを有しており、この出射面32が、複数の入射面31,…から投影レンズ3内に入射した光を出射させる複数の出射領域のそれぞれを、隣り合う出射領域と一部重複させているので、複数のLED2,…から出射された光を単一の出射面32から隙間無く出射させることができる。したがって、複数の投影レンズを配列又は連結させた場合と異なり、面内に暗部を有することなく出射面32全体が一体的に発光するので、発光時の見栄えを優れたものとすることができる。
また、投影レンズ3の複数の入射面31,…が主たる配光制御を行うので、配光制御を担う凸面状の複数の出射面を配列又は連結させた場合と異なり、出射面32を設計自由度の高い単一の面とすることができる。したがって、発光部となる出射面32を車両の外観デザインに倣った滑らかな形状とすることができ、ひいては外観を優れたものとすることができる。
[変形例]
続いて、上記実施形態の変形例について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図10は、本変形例における車両用灯具1Aの分解斜視図である。
この図に示すように、車両用灯具1Aの投影レンズ3は、上記実施形態における第1入射面311及び第2入射面312に代えて、第1入射面311A及び第2入射面312Aを有している。これら第1入射面311A及び第2入射面312Aは、上記実施形態における第1入射面311及び第2入射面312と同様の凸面状に形成されているものの、上記実施形態のような3つの屈折面(第1屈折面311a〜第3屈折面311c、第1屈折面312a〜第3屈折面312c)ではなく、2つの屈折面から構成されている。
具体的には、第1入射面311Aは、自車線側(左側)に形成された第1屈折面311dと、対向車線側(右側)に形成された第2屈折面311eとから構成されている。また、第2入射面312Aは、自車線側(左側)に形成された第1屈折面312dと、対向車線側(右側)に形成された第2屈折面312eとから構成されている。
図11は、第1入射面311Aの第1屈折面311d及び出射面32によって形成される投影像を示す図であり、図12は、第1入射面311Aの第2屈折面311e及び出射面32によって形成される投影像を示す図であり、図13は、車両用灯具1Aの投影レンズ3によって形成される投影像(配光パターン)を模式的に示す図である。
なお、図11〜図13は、車両用灯具1Aから前方に所定距離だけ離間した位置の仮想スクリーンに形成される投影像を示している。
図11に示すように、第1入射面311Aの第1屈折面311d及び出射面32を通じて車両前方へ出射された光は、各光線による反転投影像Iを上下や斜めに配列させるようにして、点E2よりも左側であって、当該点E2から左上方へ略15度で傾斜する線よりも下方の照射領域B4を照射する。このとき、点E2から左上方へ傾斜する照射領域B4の上縁が、自車線側(左側)の自車線側斜めカットオフラインC4を形成する。
図12に示すように、第1入射面311Aの第2屈折面311e及び出射面32を通じて車両前方へ出射された光は、上記実施形態における第2屈折面311bと同様にして、対向車線側水平カットオフラインC2を有する照射領域B2を照射する。
そして、これら照射領域B4及び照射領域B2が合成されることにより、自車線側斜めカットオフラインC4及び対向車線側水平カットオフラインC2を含む第1カットオフライン部Baが形成される。
図13に示すように、第2入射面312A及び出射面32を通じて車両前方へ出射された光は、上縁が第1カットオフライン部Baと一致するとともに第1カットオフライン部Baよりも左右両方及び下方に拡散された第2カットオフライン部Daを形成する。
より詳しくは、図示は省略するが、第2入射面312Aの第1屈折面312d及び出射面32を通じて車両前方へ出射された光が、第1入射面311Aの第1屈折面311d及び出射面32を通過する光と同様にして、上縁が自車線側斜めカットオフラインC4と一致するとともに照射領域B4よりも左方及び下方へ拡散された領域を照射する。また、第2入射面312Aの第2屈折面312e及び出射面32を通じて車両前方へ出射された光が、第1入射面311Aの第2屈折面311e及び出射面32を通過する光と同様にして、上縁が対向車線側水平カットオフラインC2と一致するとともに照射領域B2よりも右方及び下方へ拡散された領域を照射する。これらの領域が合成されることにより、自車線側斜めカットオフラインC4及び対向車線側水平カットオフラインC2を含む第2カットオフライン部Daが形成される。
そして、これら第1カットオフライン部Ba及び第2カットオフライン部Daが、第3入射面313及び出射面32によって形成される拡散配光部Rと合成されることにより、略15度で傾斜する自車線側斜めカットオフラインC4を有するすれ違いビームPaが形成される。
以上の車両用灯具1Aによれば、上記実施形態における車両用灯具1と同様の効果を奏することができる。
なお、本発明は上記実施形態及びその変形例に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
例えば、上記実施形態及びその変形例では、第1入射面311,311A及び第2入射面312,312Aを3つ又は2つの屈折面から構成することにより、第1カットオフライン部B,Ba及び第2カットオフライン部D,Daが形成されることとしたが、カットオフラインを形成可能な遮光部材をLED2の発光部に設けることとしてもよい。
具体的には、図14に示すように、第1入射面311及び第2入射面312に対応する8つのLED2,…の発光部に、当該LED2からの光の一部を遮光することにより投影レンズ3を通じてカットオフラインC1〜C3を形成可能な遮光部材21を設けることで、第1カットオフライン部B及び第2カットオフライン部Dを形成することができる。
また、図15に示すように、第1入射面311A及び第2入射面312Aに対応する8つのLED2,…の発光部に、当該LED2からの光の一部を遮光することにより投影レンズ3を通じてカットオフラインC2,C4を形成可能な遮光部材22を設けることで、第1カットオフライン部Ba及び第2カットオフライン部Daを形成することができる。
また、投影レンズ3の出射面32は、傾斜した平面でなくともよく、入射面31,…と合わせて所望の配光パターンが得られるものであれば、例えば二次曲面などの自由曲面であってもよい。
また、LED2,…を支持するブラケット4は、LED2,…からの発熱を効果的に除去する観点から、アルミ合金等の熱伝導性に優れた材質であることが好ましい。更に、このブラケット4とLED2,…とは、熱伝導グリース等の熱伝導を促進するものが介在していることがより好ましい。
1,1A 車両用灯具
2 LED(半導体発光素子)
21,22 遮光部材
3 投影レンズ
31 入射面
311,311A 第1入射面
311a,311d (第1入射面の)第1屈折面
311b,311e (第1入射面の)第2屈折面
311c (第1入射面の)第3屈折面
312,312A 第2入射面
312a,312d (第2入射面の)第1屈折面
312b,312e (第2入射面の)第2屈折面
312c (第2入射面の)第3屈折面
313 第3入射面
32 出射面
4 ブラケット
Ax 光軸
B,Ba 第1カットオフライン部
D,Da 第2カットオフライン部
C1 自車線側水平カットオフライン
C2 対向車線側水平カットオフライン
C3 斜めカットオフライン
C4 自車線側斜めカットオフライン
R 拡散配光部
P,Pa すれ違いビーム

Claims (1)

  1. 複数の半導体発光素子と、
    前記複数の半導体発光素子から出射された光を車両前方に照射する投影レンズと、
    を備える車両用灯具において、
    前記投影レンズは、主たる配光制御を行うとともに前記複数の半導体発光素子と対応付けられた複数の入射面と、単一の出射面と、を有し、
    前記出射面は、前記複数の入射面から前記投影レンズ内に入射した光を出射させる複数の出射領域のそれぞれが、隣り合う出射領域と一部を重複させており、
    前記複数の入射面は、すれ違いビームのうちのカットオフラインを形成するための入射面を有し、
    当該入射面は、
    当該入射面のうちの自車線側に形成されて、自車線側水平カットオフラインを形成するための第1屈折面と、
    当該入射面のうちの対向車線側に形成されて、対向車線側水平カットオフラインを形成するための第2屈折面と、
    当該入射面のうち前記第1屈折面及び前記第2屈折面の間に形成されて、前記自車線側水平カットオフラインと前記対向車線側水平カットオフラインとを結ぶ斜めカットオフラインを形成するための第3屈折面と、
    から構成されていることを特徴とする車両用灯具。
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