JP5715982B2 - コリメータ組立体 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光を導くための反射コリメータ組立体に関するものであり、より詳細には、自動車ランプの光を導くための反射コリメータ組立体に関するものである。

一般的に、例えば、方向指示器、ブレーキランプ、ロービームヘッドライトランプ、ハイビームヘッドライトランプなどの自動車ランプには白熱電球またはハロゲン球が用いられる。もっと近年では、自動車メーカは、効率性および信頼性の向上を目的として自動車ランプに発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用し始めている。ただし、これには通常、ＬＥＤから放射された光を導くためのコリメータが必要とされている。

ある種類のコリメータには、非焦点の光学ベースコリメータがある。この解決策の不利益は、コリメータの深さが増し、材料消費量、材料費、及び自動車の質量の増大を招くことである。さらに、このようなコリメータは、不均一な材料収縮を防ぐように加圧冷却を行うための多大な製造時間及び労力を必要とする。さらに言えば、このようなコリメータは光を一方向に導くのみであり、光を広角に分散させることはできない。それ故、広範囲の視角から光源を視認することができない。これは自動車の信号灯に用いられる場合に、特に不利益となる。

光を導くための改善されたコリメータは、依然として意義深く、継続的な要求がある。

本発明は、光源からの光を導くための反射コリメータ組立体に関するものであり、より詳細には、自動車の前部および後部信号灯の光を導くための反射コリメータ組立体に関するものである。

一般的に、コリメータ組立体は、光を放射する光源と、その光を平行にするための導光体とを含む。導光体は軸線の周りに配置され、主反射面および平行化反射面を有する。平行化反射面は、実質的に導光体の軸線上に配置された平行化焦点を有し、主反射面は、平行化焦点と実質的に同じか又はランプ組立体全体の構造に応じた設定範囲内の虚焦点を有する。

光源から放射される光の大部分は、軸線とほぼ平行な方向に向けられる。光源から放射される光の残りは広角に向けられ、広範囲の視角からの、関連する光源の視認性が向上する。本発明が自動車のランプに用いられると、関連するランプは、広範囲の視角において一層見易くなる。ランプは、例えば、ブレーキランプ、方向指示器、ロービームヘッドライトランプ、またはハイビームヘッドライトランプである。

本発明のさらなる利点は、特に、先行技術のコリメータ組立体よりも平坦でありつつも、自動車ランプに必要とされる光度を得られるため、パッケージサイズを縮小できることである。さらに、コリメータ組立体を収容するハウジングは、先行技術のコリメータ組立体を収容するハウジングよりも小さく構成され得る。これにより、材料節減、軽量化、および他の費用削減効果が得られる。本体サイズの縮小により、ランプ組立体の配置の選択肢が増える。本発明はＬＥＤなどの単一光源、またはプリント基板にプリントされた複数のＬＥＤなどの複数の光源のいずれにおいても用いられ得る。

本発明の他の利点は、本発明が添付図面に関連して検討され、以下の詳細な説明を参照してよりよく理解されることにより、容易に理解される。

例示のコリメータ組立体の前部を示す斜視図である。 コリメータ組立体の後部を示す斜視図である。 コリメータ組立体を示す正面図である。 図３の線４−４に沿ったコリメータ組立体を示す断面図である。 図３の線４−４に沿ったコリメータ組立体を示す断面図であり、光源から放射された複数の光線の進行方向を示す図である。 平行化反射面を示す拡大図である。 図１のコリメータ組立体を示す上面図である。 図３の線４−４に沿ったコリメータ組立体を示す断面図であり、放物面の頂点および構成曲線を示す図である。 図３の線Ａ−Ａに沿った平坦屈折コリメータを示す断面図であり、放物面の頂点および構成曲線を示す図である。 図３の線Ｂ−Ｂに沿った平坦屈折コリメータを示す断面図であり、放物面の頂点および構成曲線を示す図である。 図３の線Ｃ−Ｃに沿った平坦屈折コリメータを示す別の断面図であり、放物面の頂点および構成曲線を示す図である。 複数のＬＥＤおよび複数の導光体を有するコリメータ組立体を示す後面斜視図である。 複数の導光体を有するコリメータ組立体を示す正面斜視図である。 複数のＬＥＤおよび複数の導光体を有するコリメータ組立体を示す斜視図であり、ＬＥＤから放射された複数の光線の進行方向を示す図である。

図を参照すると、同じ符号はいくつかの図を通じて対応する部品を示しており、コリメータ組立体２０は、概略的に図１乃至図１２に示されている。コリメータ組立体２０は、光を放射する光源２２、および光を平行化（collimating）する導光体２４を有する。例示的な実施形態の光源２２は発光ダイオード（ＬＥＤ）２２であるが、光源２２は白熱電球、ハロゲン球、レーザ、または任意の他の発光素子でもよいことが理解されるであろう。

導光体２４は、ＬＥＤ２２からの光を受ける入力面２６と、光導体２９にその各々が配置され、光を放出する一対の出力面２８とを形成する。図４に最もよく示すように、導光板２４は軸線Ａに沿ってＬＥＤ２２と位置を合わせられ、入力面２６はＬＥＤ２２と向かい合う。ＬＥＤ２２は２つの光導体２９の間に配置される。導光体２４はほぼ円錐形の主反射面３０（全体を示す）を有する。図５の点線３２に示すように、ＬＥＤ２２から放射された光の大部分は、主反射面３０により、実質的に半径方向に反射される。

図５に最もよく示すように、主反射面３０は、第１の反射面部３４および第２の反射面部３５を備えるように角度が付けられる。例示的な実施形態では、第１の反射面部３４および第２の反射面部３５は、互いに対して角度を付けられている。また、図５は、第１の反射面部３４および第２の反射面部３５によって反射される一対の光線の進行方向を示す一対の破線３８を示す。図４に最もよく示すように、第１の反射面部３４および第２の反射面部３５のそれぞれは、実質的に軸線Ａに沿って配置された虚焦点Ｆ_vを有する。第１の反射面部３４および第２の反射面部３５は、その断面が直線、放物線、または円形でもよい。

導光体２４は、更に、主反射面３０から半径方向に間隔を空けた平行化反射面４０（全体を示す）を形成する。例示的な実施形態において、図２に最もよく示すように、平行化反射面４０は種々の焦点距離を有する複数の放物面部分４２を備える。換言すれば、図９Ａ乃至図９Ｃに示すように、各放物面部分４２は、放物線の断面を有する。また、各放物面部分４２は、平行化焦点（図４に最もよく示す）Ｆ_cを有しており、この平行化焦点Ｆ_Cは、実質的に軸線Ａに沿って配置され、主反射面３０の虚焦点Ｆ_vと実質的に同じである。具体的には、図４に示すように、放物面部分４２の平行化焦点Ｆ_cおよび主反射面の虚焦点Ｆ_vは共に、入力面２６から、導光体２４の厚さに実質的に等しいか、それよりも小さい距離だけ、間隔を空けた位置にある。一例では、導光体は５ｍｍの厚さであり、それ故、虚焦点Ｆ_vおよび平行化焦点Ｆ_cは、軸線Ａに沿って、５ｍｍ以下の距離だけ入力面２６から間隔を空けた位置にある。

図６に示すように、平行化反射面４０は、追加的に、複数の分散素子４３、または反射されている光を分散する凹凸を有し得る。これにより、平行化面４０は、ＬＥＤ２２と導光体２４との間のいかなる位置ずれにも一層強くなる。更に、平行化反射面４０によって反射された光の分散は、広範囲の視角における光の視認性を改善する。

図４に示すように、導光体２４の出力面２８は、軸線方向に平行化反射面４０と位置を合わせられる。例示的な実施形態において、出力面２８は、平行化反射面４０のように、複数の分散素子４４を形成する。例示的な実施形態において、出力面２８の各分散素子４４は、光を異なる方向に分散するための曲面を有する。コリメータ組立体２０が自動車のランプに取り付けられると、分散素子４４は広範囲の視角にわたるランプの視認性を改善する。

図８は例示の導光体２４を示す断面図である。点Ｖ₁₁、Ｖ₁₂、およびＶ₁₃は、放物面の頂点を示し、曲線Ｐ_11、Ｐ₁₂、およびＰ₁₃は、平行化反射面４０の放物面部分４２を形成する構成曲線を示す。距離ｆ₁、ｆ₂、およびｆ₃は、構成曲線Ｐ₁₁、Ｐ₁₂、およびＰ₁₃に基づく放物面であって実質的に同じ焦点Ｆ_cを持つ放物面の焦点距離である。図９Ａ乃至図９Ｃは、導光体２４の中心から異なる距離における、例示の導光体２４を示す断面図である。

図１０乃至図１２に示すように、コリメータ組立体２０は、並列に配置された複数のＬＥＤ２２、および複数の導光体２４を有するのがよい。ＬＥＤ２２は、プリント基板（図示省略）に配置されてもよく、任意の他の媒体に取り付けられてもよい。例示的な実施形態において、導光体２４は互いに連結される。図１２において破線矢印４６により示すように、関連する導光体２４の入力面２６に入射しない、ＬＥＤ２２から放射された光の一部は、隣接するＬＥＤ２２の導光体２４によって反射される。この光は、大抵の場合、その導光体２４を通る他の経路を進み、広角に射出される。コリメータ組立体２０が自動車ランプに取り付けられると、これにより広範囲の視角にわたるランプの視認性がさらに改善される。

上述した説明は、本発明の例示的な実施形態を開示し、説明する。当業者は、この説明、並びに添付の図面および請求項から、以下の請求項により定義される本発明の真の趣旨および公正な範囲から逸脱することなく、様々な変化、変更および変形が達成されることを容易に理解するであろう。

Claims (17)

1. 光を放射する光源と、
   軸線の周りに配置され、上記光を平行にする導光体と、を有し、
   上記導光体は、実質的にこの導光体の上記軸線上に配置された平行化焦点を有する放物面形を有する少なくとも１つの平行化反射面を形成し、且つ、上記平行化焦点と実質的に同じ虚焦点を有する主反射面を形成し、さらに、この導光体の縁部に配置され直線的に形成された出力面を有し、
   上記平行化反射面が、上記軸線方向に沿って上記出力面と位置合わせされており、実質的に共通の焦点を持つ様々な焦点距離の複数の放物面部分を有し、これらの複数の放物面部分が、上記出力面が延びる方向に直線的に配列されることにより、上記導光体は平坦になっている、
   自動車の信号灯用のコリメータ組立体。
2. 上記平行化反射面は放物面である、請求項１に記載のコリメータ組立体。
3. 上記主反射面は、ほぼ円錐形であり、上記平行化反射面は、上記主反射面からこの主反射面の半径方向に間隔を空けられている、請求項１に記載のコリメータ組立体。
4. 上記導光体は、平面状の入力面および所定の厚さを有し、上記平行化焦点および虚焦点は、上記導光板の上記厚さにほぼ等しいか又はそれより小さい距離だけ、上記入力面から間隔を空けられている、請求項１に記載のコリメータ組立体。
5. 上記平行化反射面は、分散光学系を有する、請求項１に記載のコリメータ組立体。
6. 上記出力面は、複数の分散素子を形成し、
   上記各分散素子は、光を異なる方向に分散するための曲面を有することにより、広範囲の視角にわたる上記信号灯の視認性を改善する、請求項１に記載のコリメータ組立体。
7. 上記主反射面は、その断面が直線、放物線、および円形のいずれか１つである第１および第２の反射面を有する、請求項１に記載のコリメータ組立体。
8. 上記光源は発光ダイオードである、請求項１に記載のコリメータ組立体。
9. さらに、互いに並列関係に配置された複数の導光体を有する、請求項１に記載のコリメータ組立体。
10. さらに、複数の光源を有し、そのそれぞれが上記導光体のいずれか１つに位置を合わせられている、請求項９に記載のコリメータ組立体。
11. 互いに間隔を空けて配置され、光を放射する複数の光源と、
    上記光源のいずれか１つに各々が位置を合わせられた複数の導光体と、を有し、
    上記導光体の各々は、実質的にこの導光体の上記軸線上に配置された平行化焦点を有する放物面形を有する少なくとも１つの平行化反射面を形成し、
    上記導光体の各々は、上記平行化焦点と実質的に同じ虚焦点を有する主反射面を形成し、
    上記導光体の各々は、この導光体の縁部に配置され直線的に形成された出力面を有し、
    上記光源は、互いに間隔を空けて配置されており、１つの光源から放射された光の少なくとも一部が、別の光源に位置を合わせられた上記導光体により導かれることができ、
    上記導光体の各々の上記平行化反射面が、上記軸線方向に沿って上記出力面と位置合わせされており、実質的に共通の焦点を持つ様々な焦点距離の複数の放物面部分を有し、これらの複数の放物面部分が、上記出力面が延びる方向に直線的に配列されることにより、上記導光体の各々は平坦になっている、
    自動車の信号灯用のコリメータ組立体。
12. 上記光源は発光ダイオードである、請求項１１に記載のコリメータ組立体。
13. 上記導光体の各々は平面状の入力面を形成する、請求項１１に記載のコリメータ組立体。
14. 各導光板は所定の厚さを有し、前記平行化焦点および虚焦点は、上記導光体の上記厚さにほぼ等しいか又はそれより小さい距離だけ、上記入力面から間隔を空けられている、請求項１３に記載のコリメータ組立体。
15. 前記導光体の各々の上記出力面は、複数の分散素子を形成し、
    上記各分散素子は、光を異なる方向に分散するための曲面を有することにより、広範囲の視角にわたる上記信号灯の視認性を改善する、請求項１１に記載のコリメータ組立体。
16. 前記導光体の各々の上記平行化反射面は、複数の分散光学系を形成する、請求項１１に記載のコリメータ組立体。
17. 上記導光体の側面は、上記平行化反射面を形成し、上記導光体の中心部は、上記主反射面を形成する、請求項１乃至１６の何れか一項に記載のコリメータ組立体。

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