JP5773189B2 - 灯具 - Google Patents

Description

本発明は、灯具に係り、特に光源と導光レンズとを組み合わせた灯具に関する。

従来、灯具の分野においては、図２９に示すように、複数のＬＥＤ光源３１０、反射面３２０等を含む車両用信号灯具３００が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−１４９３８２号公報

しかしながら、上記構成の特許文献１に記載の車両用信号灯具３００においては、反射面３２０は、略回転放物面の反射面であり、求められる配光パターンとの関係で、ある程度の奥行き寸法Ｗ及び高さ寸法Ｈ（図２９参照）が必要であるため、車両用信号灯具３００の薄型化、小型化が困難である、という問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来の車両用信号灯具と比べ、薄型かつ小型の灯具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、入光面としての端面、その反対側の先端部、光出射面としての外側面、その反対側の光出射面としての内側面、両側面を含み、かつ、前記入光面から前記先端部に向かうにつれ前記外側面と前記内側面との間の厚みが薄くなる楔形状の導光レンズと、前記入光面に対向して配置され、前記入光面から前記導光レンズ内に入光し前記外側面又は前記内側面から出射する光を放射する光源と、を備えており、前記導光レンズは、前記両側面のうち一方の側面側から見て湾曲しており、前記内側面のうち前記入光面側の領域から出射した光が前記内側面のうち前記先端部側の領域から再度前記導光レンズ内に入光しこれを透過して外側面から出射するように湾曲していることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、入光面から先端部に向かうにつれ外側面と内側面との間の厚みが薄くなる楔形状の導光レンズの作用により、従来の車両用信号灯具と比べ、薄型かつ小型の灯具（例えば、車両用灯具）を構成することが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、湾曲した導光レンズ（外側面及び内側面）の作用により、外側面から出射する光束が、内側面から出射する光束に比べ、大幅に増加する灯具を構成することが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、湾曲した導光レンズ（外側面及び内側面）の作用により、まったく新しい光り方をする新規見栄えの灯具を提供することが可能となる。
また、請求項１に記載の発明によれば、再度導光レンズ内に入光しこれを透過して外側面から出射する光は、導光レンズがプリズムとして作用することで、灯具光軸寄りに屈折して外側面から出射する。これにより、外側面から出射する光の量がさらに増加する。
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、外側面から出射する光束が、内側面から出射する光束に比べ、さらに増加する灯具を構成することが可能となる。
請求項２に記載の発明は、入光面としての端面、その反対側の先端部、光出射面としての外側面、その反対側の光出射面としての内側面、両側面を含み、かつ、前記入光面から前記先端部に向かうにつれ前記外側面と前記内側面との間の厚みが薄くなる楔形状の導光レンズと、前記入光面に対向して配置され、前記入光面から前記導光レンズ内に入光し前記外側面又は前記内側面から出射する光を放射する光源と、を備えており、前記導光レンズは、前記両側面のうち一方の側面側から見て湾曲しており、前記外側面及び前記内側面が鉛直面となるように縦置きに配置されるとともに、前記外側面から出射する光のＭａｘ光度の方向が車両前後方向に延びる灯具光軸に一致するように配置されていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明によれば、灯具光軸に対して左右方向に略満遍なく出射する指向特性を実現することが可能で、なおかつ、左右の割れが無く（すなわち、光度が顕著に低下している部分が無く）、中心部が明るい自動車用ランプに適した配光パターンを形成することが可能な車両用灯具を構成することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記外側面は、前記両側面のうち一方の側面側から見て、灯具光軸の外側において前記灯具光軸に徐々に近づくように前記灯具光軸に沿って延び、前記灯具光軸を通過した後、前記灯具光軸の内側において前記灯具光軸から徐々に離れるように延びて前記先端部に達する凸曲面とされ、前記内側面は、前記一方の側面側から見て、前記灯具光軸の内側において前記先端部に向かうにつれ徐々に前記外側面との間の間隔が小さくなるように前記外側面に沿って延びて前記先端部に達する凹曲面とされていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、凸曲面である外側面の作用により、外側面が平面である場合と比べ、外側面に入射する光源からの光の量が増加する。また、凸曲面である外側面の作用により、外側面が平面である場合と比べ、外側面に入射する光の入射角が小さくなる。これにより、全反射せずに外側面から出射する光の量が増加する。

また、凹曲面である内側面の作用により、内側面が平面である場合と比べ、光源から見て内側面の影となる部分が増えるため、内側面に入射する光の量が減少する。また、凹曲面である内側面の作用により、内側面が平面である場合と比べ、内側面に入射する光の入射角が大きくなり、全反射しやすくなるため、内側面から出射する光の量が減少する。このように、内側面から出射する光の量が減少する分、外側面から出射する光の量がさらに増加する。

以上のように、請求項３に記載の発明によれば、外側面から出射する光束が、内側面から出射する光束に比べ、大幅に増加する灯具を構成することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の発明において、前記導光レンズは、前記先端部が前記入光面に対して２５度以上湾曲していることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、先端部が入光面に対して２５度以上湾曲した導光レンズ（外側面及び内側面）の作用により、外側面から出射する光束が、内側面から出射する光束に比べ、大幅に増加する灯具を構成することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の発明において、前記導光レンズの外側面又は内側面には、当該外側面又は内側面から出射する光を制御するためのレンズカットが施されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、内側面又は外側面に施されたレンズカットの作用により、配光の拡がりが調整されるため、レンズカットが施されていない場合と比べ、配光ムラ、輝度ムラが低減した配光パターンを形成することが可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記レンズカットは、配光ムラ、輝度ムラ、指向特性を調整するためのローレット又は微細プリズムであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、内側面又は外側面に施されたローレット又は微細プリズムの作用により、配光の拡がりが調整されるため、ローレット又は微細プリズムが施されていない場合と比べ、配光ムラ、輝度ムラが低減した配光パターンを形成することが可能となる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の発明において、前記導光レンズの両側面はそれぞれ、前記入光面から前記導光レンズ内に入光し前記両側面に入射した光を前記導光レンズの幅方向に集光する光として反射する形状とされていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、導光レンズの両側面の作用により、導光レンズの幅方向に集光した配光パターン（例えば、仮想鉛直スクリーン上に法規が求める上下幅の配光パターン）を形成することが可能な灯具を構成することが可能となる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記導光レンズの両側面はそれぞれ、前記外側面から見た前記導光レンズの外形が、放物線、楕円弧、台形又はこれらに近い形状であることを特徴とする。

請求項８は、導光レンズの両側面の例示である。請求項８に記載の発明によれば、導光レンズの両側面の作用により、導光レンズの幅方向に集光した配光パターン（例えば、仮想鉛直スクリーン上に法規が求める上下幅の配光パターン）を形成することが可能な灯具を構成することが可能となる。

請求項９に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記導光レンズは、車両用灯具ユニットから照射される光が透過するように前記車両用灯具ユニットの前方に配置されていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明によれば、車両用灯具ユニットの前方に導光レンズが配置された新規見栄えの車両用灯具を構成することが可能となる。

本発明によれば、従来の車両用信号灯具と比べ、薄型かつ小型の灯具を提供することが可能となる。

車両前部の左側に配置された装飾部材であるエクステンション２００及び当該エクステンション２００に装着された灯具１００の斜視図である。 （ａ）は第１実施形態の灯具１００の斜視図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は側面図、図２（ｄ）は正面図である。 灯具１００の横断面図（光路図含む）である。 入光面３３から導光レンズ３０内に入射したＬＥＤ光源１０からの光の光路図（平面視）である。 （ａ）入光面３３から導光レンズ３０内に入射したＬＥＤ光源１０からの光のうちＲａｙ１の光路図、（ｂ）入光面３３から導光レンズ３０内に入射したＬＥＤ光源１０からの光のうちＲａｙ２の光路図である。 導光レンズ３０の光出射面３１から出射した光が屈折して上下方向に拡散することを説明するための側面図である。 図６に示した導光レンズ３０から出射した光により形成される配光パターンＰ０の例である。 側面３５、３６の焦点Ｆについて説明するための側面図である。 導光レンズ３０の入光面３３から導光レンズ３０内に入射し側面３５、３６で上下方向に集光されたＬＥＤ光源１０からの光の光路図（側面視）である。 図８に示した側面３５、３６を持つ導光レンズ３０から出射した光により形成される配光パターンＰ１の例である。 （ａ）第２実施形態の灯具１００Ａの平面図、（ｂ）側面図、（ｃ）正面図である。 （ａ）湾曲していない導光レンズ３０を用いた灯具の斜視図、（ｂ）側面図、（ｃ）平面図、（ｄ）正面図である。 （ａ）は、先端部３４が入光面３３に対して湾曲していない導光レンズ３０（光出射面３１、３２）から出射する光の光線追跡図、（ｂ）は図１３（ａ）の円内の拡大図である。 湾曲していない導光レンズ３０（光出射面３１、３２）から出射する光により仮想鉛直スクリーン（導光レンズ３０の前方約２５ｍに配置されている）上に形成される配光パターンＰ２の例である。 （ａ）、（ｂ）外側面３１Ａが凸面である場合、外側面３１Ａが平面である場合と比べ、外側面３１Ａに入射する光の入射角が小さくなることを説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）内側面３２Ａが凹面である場合、内側面３２Ａが平面である場合と比べ、内側面３２Ａに入射する光の入射角が大きくなることを説明するための図である。 第２実施形態の灯具１００Ａの外側面３１Ａ側から見た斜視図である。 第２実施形態の灯具１００Ａの内側面３２Ａ側から見た斜視図である。 （ａ）は、先端部３４が入光面３３の法線Ｘに対してβ＝約２５度湾曲した導光レンズ３０Ａ（外側面３１Ａ及び内側面３２Ａ）から出射する光の光線追跡図、（ｂ）は図１９（ａ）の円内の拡大図である。 湾曲した導光レンズ３０Ａ（外側面３１Ａ及び内側面３２Ａ）から出射する光により仮想鉛直スクリーン（導光レンズ３０Ａの前方約２５ｍに配置されている）上に形成される配光パターンＰ３の例である。 （ａ）は内側面３２Ａから出射する光により形成される配光パターンＰ４（等光度線図）の例、（ｂ）は外側面３１Ａから出射する光により形成される配光パターンＰ５（等光度線図）の例である。 第３実施形態の導光レンズ３０Ｂの内側面３２Ｂ側から見た斜視図である。 （ａ）内側面３２ＢにレンズカットＬＣが施された導光レンズ３０Ｂの横断面図、（ｂ）外側面３１ＢにレンズカットＬＣが施された導光レンズ３０Ｂの横断面図である。 図２３（ａ）に示すようにレンズカットＬＣが内側面３２Ｂに施された導光レンズ３０Ｂ（外側面３１Ｂ及び内側面３２Ｂ）から出射する光により仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンＰ６の例である。 図２３（ｂ）に示すようにレンズカットＬＣが外側面３１Ｂに施された導光レンズ３０Ｂ（外側面３１Ｂ及び内側面３２Ｂ）から出射する光により仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンＰ７の例である。 （ａ）レンズカットＬＣが施された内側面３２Ｂから出射する光により形成される配光パターンＰ８（等光度線図）の例、（ｂ）レンズカットＬＣが施されていない外側面３１Ｂから出射する光により形成される配光パターンＰ９（等光度線図）の例である。 （ａ）レンズカットＬＣが施されていない内側面３２Ｂから出射する光により形成される配光パターンＰ１０（等光度線図）の例、（ｂ）レンズカットＬＣが施された外側面３１Ｂから出射する光により形成される配光パターンＰ１１（等光度線図）の例である。 灯具１００Ａ、１００Ｂの設置例について説明するための図である。 従来の車両用信号灯具３００の縦断面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態である灯具１００について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態の灯具１００は、例えば、車両前部の左右両側にそれぞれ配置された装飾部材であるエクステンション２００（プロジェクターユニットとアウターレンズ外周との隙間を隠す造形物）等に装着され、車両用信号灯具（ＤＲＬ（デイタイムランニングランプ）、ポジションランプ、コーナリングランプ、フロント/リア/サイド・ターンシグナルランプ、ストップランプ、ハイマウントストップランプ、テールランプ等）として用いられる。

図１は、車両前部の左側に配置された装飾部材であるエクステンション２００及び当該エクステンション２００に装着された灯具１００の斜視図である。

図２（ａ）は灯具１００の斜視図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は側面図、図２（ｄ）は正面図である。

図２（ａ）〜図２（ｄ）に示すように、灯具１００は、ＬＥＤ光源１０、反射面２０、導光レンズ３０等を備えている。

［ＬＥＤ光源１０］
ＬＥＤ光源１０は、白色ＬＥＤ光源、橙色ＬＥＤ光源、赤色ＬＥＤ光源である。例えば、灯具１００がデイタイムランニングランプ、ポジションランプである場合には白色ＬＥＤ光源が用いられる。また、灯具１００がターンシグナルランプである場合には橙色ＬＥＤ光源が用いられる。また、灯具１００がストップランプである場合には赤色ＬＥＤ光源が用いられる。以上のように、灯具１００の機能に応じて適切な色のＬＥＤ光源１０が用いられる。なお、レンズに着色して光色を変更してもよい。

ＬＥＤ光源１０は、導光レンズ３０の端面（入光面３３）に対向して配置されており、導光レンズ３０の入光面３３から導光レンズ３０内に入射し表面（光出射面３１）から出射する光を放射する。

［反射面２０］
反射面２０は、例えば、アルミ蒸着や銀蒸着が施された高反射率シートである。反射面２０は、導光レンズ３０の裏面３２から出射した光を反射して再び導光レンズ３０内に戻すため、導光レンズ３０の裏面３２側に接するように配置されている（図２（ｂ）参照）。

［導光レンズ３０］
導光レンズ３０は、入光面としての端面３３（以下、入光面３３と称す）、その反対側の先端部３４、光出射面としての表面３１（以下、光出射面３１と称す）、その反対側の裏面３２、両側面３５、３６を含み、かつ、入光面３３から先端部３４に向かうにつれ光出射面３１と裏面３２との間の厚みが薄くなる楔形状（プリズム形状）の導光レンズ（導光板）である。導光レンズ３０は、アクリル、ポリカーボネイト又はシクロオレフィンポリマー等の透明樹脂により成形されている。

導光レンズ３０は、導光レンズ３０内に入光し導光レンズ３０の光出射面３１から出射するＬＥＤ光源１０からの光が仮想鉛直スクリーン（車両前方約２５ｍに配置されている）上に法規（例えば、ＥＣＥ等の配光規格）が求める配光パターンを形成するように、光出射面３１及び裏面３２が鉛直面となり、かつ、灯具光軸ＡＸ０に対し左右方向に傾斜した姿勢で配置されている（図２（ａ）〜図２（ｄ）参照）。

光出射面３１と裏面３２はいずれも平面（鉛直面）である。

両側面３５、３６はそれぞれ、入光面３３から導光レンズ３０内に入光し両側面３５、３６に入射した光を導光レンズ３０の幅方向（図２（ｃ）中上下方向）に集光する光として反射する形状（例えば、光出射面３１側から見た導光レンズ３０の外形が、放物線、楕円弧、台形又はこれらに近い形状（概ねこれらの形状に対応して一部異なる部分があるような形状））とされている（図２（ｃ）参照）。なお、両側面３５、３６をこの形状とした技術的意義については後に詳述する。

[左右方向の配光制御方法(楔形)の説明]
次に、導光レンズ３０の光出射面３１から左右方向に配光制御された光が出射する仕組みについて説明する。

図３は、灯具１００の横断面図である。図３を用いて導光レンズ３０の入光面３３における光の進み方について説明する。

通常、ＬＥＤ光源１０から放射された光の多くはランバーシアン(光の強さが、発光面の見かけの面積に比例した強度分布の拡散光)に近い。ＬＥＤ光源１０から放射された光（拡散光）は、入光面３３から導光レンズ３０内に入射（入光）した場合、入光面３３の法線Ｘに対して臨界角内となるように屈折する。図３中、角度θ１は、導光レンズ３０内に入射した光の入光面３３の法線Ｘに対する角度を示している。上述した導光レンズ３０の材料の屈折率は1.5〜1.6程度であるため、臨界角は約４０度となる。従って、入光面３３が平面の場合、角度θ１は、すべて±４０度の範囲となる。一般的な導光レンズは、表面と裏面が平行であり、入光面が導光レンズ（表面と裏面）に対して直角である。このため、入光面から一般的な導光レンズ内に入射した光は、表面と裏面との間で全反射を繰り返す。

これに対して本実施形態の導光レンズ３０はその断面が図４に示すように楔形である。このため、入光面３３から導光レンズ３０内に入射した入射光は、光出射面３１及び裏面３２で全反射を繰り返すうちに徐々に光出射面３１に対する入射角が小さくなる。そして、臨界角より小さくなった時点で光出射面３１から外に出射する。

図４中、入射光ａは表側に臨界角付近の角度で導光レンズ３０内に入射した光である。図４中、入光面３３は導光レンズ３０に対して直角ではなく、灯具光軸ＡＸ０に対して垂直な面である。このため、入射光ａは光出射面３１に対して臨界角より小さい入射角となり、全反射せずに出射光ａとなる。

一方、裏側に臨界角付近の角度で入射した入射光ｂは、導光レンズ３０の裏面３２に対する入射角が臨界角より大きいので全反射される。このとき、導光レンズ３０が楔形をしているため、光線の向きが光出射面３１に対して入射角がやや小さくなる方向に反射される。このため、光出射面３１に対する入射角が臨界角以内となり、出射光ｂとなる。

入射光ｂより内側を向いた入射光ｃ、ｄは一回の全反射では臨界角内にならないので、表裏面３１、３２で全反射を繰り返し、光出射面３１に対する入射角が臨界角より小さくなった時点で、光出射面３１より出射する。

また、楔形にすることにより導光レンズ３０の先端部から出る光が無くなり、ほとんどの光が光出射面３１側から出射するという効果もある。

図４では、入光面３３が灯具光軸ＡＸ０に対して垂直な例で説明したが、入光面３３が導光レンズ３０に対して垂直でもよい。この場合、入射光ａが初回から光出射面３１から出射するのではなく、全反射を繰り返して導光レンズ３０から外に出射する。この点以外、入光面３３が灯具光軸ＡＸ０に対して垂直な場合と同様である。

また、図５（ａ）に示すように、光出射面３１への入射角が先に臨界角より小さくなって光出射面３１から出射する光線Ｒａｙ１と、図５（ｂ）に示すように、光出射面３１への入射角より導光レンズ３０の裏面３２へ入射角の方が先に臨界角より小さくなり、導光レンズ３０の裏面３２から出射する光線Ｒａｙ２とがある。光線Ｒａｙ２は、反射面２０で反射されて再び導光レンズ３０内に戻され、光出射面３１から出射する。

[上下方向の配光制御方法(放物柱)の説明]
次に、導光レンズ３０の光出射面３１から出射する光を上下方向に集光する方法について説明する。

上記のように導光レンズ３０の断面を楔形にしただけでは、図６に示すように、導光レンズ３０の光出射面３１から出射した光が屈折して上下方向に拡散するため、図７に示すように、上下方向に広がった縦長の配光パターンＰ０が形成される。この配光パターンＰ０は、配光規格（例えば、ＥＣＥ）が求めるよりも大きく上下方向に広がるため、光利用効率が悪い。

本実施形態では、配光規格が求める程度に上下方向に集光した配光パターンを形成するために、図８に示すように、導光レンズ３０の側面３５、３６は、ＬＥＤ光源１０から放射されて入光面３３から導光レンズ３０内に入光した光線群の延長線の交点Ｃ付近に焦点Ｆが設定された放物線Ｐａを含む面、例えば、当該放物線Ｐａを導光レンズ表面若しくは裏面に対して面直方向に引き延ばした放物柱面とされている。

これにより、導光レンズ３０の側面３５、３６で全反射された光が灯具光軸ＡＸ０寄りに集光されるため（図９参照）、図１０に示すように、図７に比べて大幅に上下方向に集光した配光パターンＰ１を形成することが可能となる。なお、導光レンズ３０の側面３５、３６は、第１焦点が上記交点Ｃ付近に設定され、第２焦点が仮想鉛直スクリーン上に設定された楕円弧を含む面、例えば、当該楕円弧を導光レンズ表面若しくは裏面に対して面直方向に引き延ばした面であってもよい。これによっても、図７に比べて大幅に上下方向に集光した配光パターンを形成することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態の灯具１００によれば、入光面３３から先端部３４に向かうにつれ光出射面３１と裏面３２との間の厚みが薄くなる楔形状の導光レンズ３０の作用により、従来の車両用信号灯具と比べ、薄型かつ小型の車両用灯具を構成することが可能となる。

また、本実施形態の灯具１００によれば、導光レンズ３０の両側面３５、３６の作用により、仮想鉛直スクリーン上に法規が求める上下幅（又は左右幅）の配光パターンＰ１（図１０参照）を形成することが可能な車両用灯具を構成することが可能となる。

また、本実施形態の灯具１００によれば、図１に示すように、複数の灯具ユニット間の隙間を覆う装飾部材としてのエクステンション２００の段差部に装着（配置）することで、まったく新しい光り方をする新規見栄えの車両用灯具を提供することが可能となる。

また、本実施形態の灯具１００によれば、図１に示すように、導光レンズをエクステンションの造形面（例えば、段差部）に装着することで、当該造形面（例えば、段差部）が車両用信号灯具として機能する新規見栄えの車両用灯具を構成することが可能となる。

また、本実施形態の灯具１００によれば、図１に示すように、入光面３３から先端部３４に向かうにつれ光出射面３１と裏面３２との間の厚みが薄くなる楔形状の導光レンズ３０がエクステンション２００に装着された新規見栄えの車両用灯具を構成することが可能となる。

なお、光出射面３１と裏面３２とのなす角度θ２（図５（ａ）、図５（ｂ）参照）が大きくなるほど、左右の拡がりが大きくなる。光源１０の大きさや配置によって光度分布が変わるが、頂角θ２は１０°以下が好ましい。ＤＲＬやストップランプでは、通常左右４０°（片側２０°）程度の拡がりを求められているためである。なお、本実施形態では、頂角θ２＝３．５°を採用している。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態である灯具１００Ａについて、図面を参照しながら説明する。

図１１（ａ）は第２実施形態の灯具１００Ａの平面図、図１１（ｂ）は側面図、図１１（ｃ）は正面図である。

本実施形態の灯具１００Ａは、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示すように、反射面２０を備えていない点、及び、導光レンズ３０（光出射面３１及び光出射面３２）が、両側面３５、３６のうち一方の側面側から見て湾曲している点以外、第１実施形態の灯具１００と同様である。以下、本実施形態の導光レンズ３０、光出射面３１、光出射面３２をそれぞれ、導光レンズ３０Ａ、外側面３１Ａ、内側面３２Ａと称する。その他の構成については、第１実施形態と同様の符号を付す。

以下、湾曲した導光レンズ３０Ａの技術的意義について湾曲していない導光レンズ３０と対比しながら説明する。

図１２（ａ）は湾曲していない導光レンズ３０を用いた灯具の斜視図、図１２（ｂ）は側面図、図１２（ｃ）は平面図、図１２（ｄ）正面図である。

図１２（ａ）〜図１２（ｄ）に示すように、湾曲していない導光レンズ３０の場合、当該導光レンズ３０の光出射面３１、３２から出射する光は、左右対称に出射する指向特性となる（図１２（ｃ）、図１３（ａ）、図１３（ｂ）参照）。

図１４は、湾曲していない導光レンズ３０（光出射面３１、３２）から出射する光により仮想鉛直スクリーン（導光レンズ３０の前方約２５ｍに配置されている）上に形成される配光パターンＰ２の例である。

図１４を参照すると、配光パターンＰ２は、あたかも左右に割れたように自動車用ランプとして最も明るさが求められる中心部（図１４の左右方向の０［°］付近）がその外側よりも暗くなっており、自動車ランプ用の配光パターンとして適していないことが分かる。

この左右の割れを防止（又は低減）し、中心部が明るい自動車用ランプに適した配光パターンを形成するために、本実施形態では、両側面３５、３６のうち一方の側面側から見て湾曲した導光レンズ３０Ａ（図１１（ａ）参照）を用いている。

図１１（ａ）に示すように、導光レンズ３０Ａの外側面３１Ａは、両側面３５、３６のうち一方の側面３５側から見て、灯具光軸ＡＸ０の外側において灯具光軸ＡＸ０に徐々に近づくように灯具光軸ＡＸ０（灯具における最大光度の向き。設計上の光学中心）に沿って延び、灯具光軸ＡＸ０を通過した後、灯具光軸ＡＸ０の内側において灯具光軸ＡＸ０から徐々に離れるように延びて先端部３４に達する凸曲面とされている。

一方、導光レンズ３０Ａの内側面３２Ａは、両側面３５、３６のうち一方の側面３５側から見て、灯具光軸ＡＸ０の内側において先端部３４に向かうにつれ徐々に外側面３１Ａとの間の間隔が小さくなるように外側面３１Ａに沿って延びて先端部３４に達する凹曲面とされている。

次に、上記構成の導光レンズ３０Ａにおいて外側面３１Ａから出射する光の量が増加する理由、すなわち、導光レンズ３０Ａを湾曲させたことの効果について説明する。

上記のように外側面３１Ａが凸曲面である場合、外側面３１Ａが平面である場合と比べ、外側面３１Ａに入射するＬＥＤ光源１０からの光の量が増加する。また、図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、外側面３１Ａが凸曲面である場合、外側面３１Ａが平面である場合と比べ、外側面３１Ａに入射する光ＲａｙＡの入射角θ３が小さくなる。これにより、全反射せずに外側面３１Ａから出射する光の量が増加する。

一方、内側面３２Ａが凹曲面である場合、内側面３２Ａが平面である場合と比べ、ＬＥＤ光源１０から見て内側面３２Ａの影となる部分が増えるため、内側面３２Ａに入射する光の量が減少する。また、図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すように、内側面３２Ａが凹曲面である場合、内側面３２Ａが平面である場合と比べ、内側面３２Ａに入射する光ＲａｙＢの入射角θ４が大きくなり、全反射しやすくなるため、内側面３２Ａから出射する光の量が減少する。このように、内側面３２Ａから出射する光の量が減少する分、外側面３１Ａから出射する光の量がさらに増加する。

さらに、上記のように湾曲した導光レンズ３０Ａを用いると、図１１（ａ）、図１７、図１８、図１９（ｂ）に示すように、内側面３２Ａのうち入光面３３側の領域から出射した光ＲａｙＣ（比較的大きな出射角で出射した光）が内側面３２Ａのうち先端部３４側の領域から再度導光レンズ３０（先端部３４付近）内に入光しこれを透過して外側面３１Ａから出射する。この再度導光レンズ３０（先端部３４付近）に入光しこれを透過して外側面３１Ａから出射する光ＲａｙＣは、導光レンズ３０（先端部３４付近）がプリズムとして作用することで、導光レンズ３０の頂角θ２の半分程度、灯具光軸ＡＸ０寄りに屈折して外側面３１Ａから出射する（レンズ屈折率が１．５前後の場合）。これにより、外側面３１Ａから出射する光の量がさらに増加する。

以上のように、湾曲した導光レンズ３０Ａを用いることで、外側面３１Ａから出射する光束が、内側面３２Ａから出射する光束に比べ、増加する灯具を構成することが可能となる。

上記構成の導光レンズ３０Ａを含む灯具１００Ａを車両用信号灯具として用いる場合、当該灯具１００Ａは、外側面３１Ａ及び内側面３２Ａが鉛直面となるように縦置きに（図１１（ｂ）、図１７参照）、なおかつ、外側面３１Ａから出射する光のＭａｘ光度の方向が車両前後方向に延びる灯具光軸ＡＸ０に一致するように外側に傾けて（例えば、約１０度外側に傾けて）配置される（図１１（ｂ）参照）。このように灯具１００Ａを配置した場合、外側面３１Ａ及び内側面３２Ａから出射する光は、図１９（ａ）、図１９（ｂ）に示すように、外側面３１Ａから出射する光線が増えて、内側面３２Ａから出射する光線が減り、全体として左右方向に略満遍なく出射する指向特性となる。

図２０は、先端部３４が入光面３３に対して約４５度（入光面３３の法線Ｘと先端部３４とのなす角度β。図１１（ａ）参照）湾曲した導光レンズ３０Ａ（外側面３１Ａ及び内側面３２Ａ）から出射する光により仮想鉛直スクリーン（導光レンズ３０Ａの前方約２５ｍに配置されている）上に形成される配光パターンＰ３の例である。

図２０を参照すると、湾曲した導光レンズ３０Ａから出射する光により形成される配光パターンＰ３は、湾曲していない導光レンズ３０から出射する光により形成される配光パターンＰ２（図１４参照）と比べ、左右の割れが無く（すなわち、光度が顕著に低下している部分が無く）、中心部が明るい配光パターン、すなわち、自動車用ランプに適した配光パターンとなることが分かる。

次に、外側面３１Ａから出射する光束が、内側面３２Ａから出射する光束に比べ、どの程度増加するかについて検討する。

図２１（ａ）は内側面３２Ａから出射する光により形成される配光パターンＰ４（等光度線図）の例、図２１（ｂ）は外側面３１Ａから出射する光により形成される配光パターンＰ５（等光度線図）の例である。

本願の発明者は、シミュレーションの結果、ＬＥＤ光源１０の光束を１００[lm]とした場合、内側面３２Ａから出射する光（図２１（ａ）の配光パターンＰ４を形成する光束）が２８．７９[lm]、外側面３１Ａから出射する光（図２１（ｂ）の配光パターンＰ５を形成する光束）が４８．１７[lm]となること、すなわち、外側面３１Ａから、内側面３２Ａの約１．６倍の光束が出射することを確認した。これは、湾曲した導光レンズ３０Ａによる効果である。

次に、導光レンズ３０Ａをどの程度湾曲させると上記効果が現れるのかについて検討する。

図１３（ｂ）は、先端部３４が入光面３３に対して湾曲していない導光レンズ３０（光出射面３１、３２）から出射する光の光線追跡図である。図１９（ｂ）は、先端部３４が入光面３３の法線Ｘに対してβ＝約２５度湾曲した導光レンズ３０Ａ（外側面３１Ａ及び内側面３２Ａ）から出射する光の光線追跡図である。

図１３（ｂ）、図１９（ｂ）を参照すると、湾曲していない導光レンズ３０では光軸ＡＸ０方向の光線が少ないが、湾曲した導光レンズ３０Ａでは全体として光軸ＡＸ０に対して左右方向に略満遍なく光線が分布することが分かる。

本願の発明者は、シミュレーションの結果、導光レンズ３０Ａの長さによって異なるが、約２５度（入光面３３の法線Ｘと先端部３４とのなす角度β。図１１（ａ）参照）湾曲した導光レンズ３０Ａから上記効果が現れ始め、約４５度（入光面３３の法線Ｘと先端部３４とのなす角度β。図１１（ａ）参照）湾曲した導光レンズ３０Ａで上記効果が十分現れることを確認した。

以上説明したように、本実施形態の灯具１００Ａによれば、入光面３３から先端部３４に向かうにつれ外側面３１Ａと内側面３２Ａとの間の厚みが薄くなる楔形状の導光レンズ３０Ａの作用により、従来の車両用信号灯具と比べ、薄型かつ小型の車両用灯具を構成することが可能となる。

また、本実施形態の灯具１００Ａによれば、湾曲した導光レンズ３０Ａ（外側面３１Ａ及び内側面３２Ａ）の作用により、外側面３１Ａから出射する光束が、内側面３２Ａから出射する光束に比べ、大幅に増加する灯具を構成することが可能となる。自動車用ランプは光軸ＡＸ０方向（配光パターンの左右０度、上下０度方向）に高い光度が要求されていること、及び、外側面３１Ａから出射する光が光軸ＡＸ０方向に照射されることから、外側面３１Ａから出射する光が多いほど、車両用灯具として好ましい。

また、本実施形態の灯具１００Ａによれば、湾曲した導光レンズ３０Ａ（外側面３１Ａ及び内側面３２Ａ）の作用により、まったく新しい光り方をする新規見栄えの灯具を提供することが可能となる。

また、本実施形態の灯具１００Ａによれば、灯具１００Ａを、外側面３１Ａ及び内側面３２Ａが鉛直面となるように縦置きに配置するとともに（図１１（ｂ）、図１７参照）、外側面３１Ａから出射する光のＭａｘ光度の方向が車両前後方向に延びる灯具光軸ＡＸ０に一致するように外側に傾けて（例えば、導光レンズ３０Ａの入光面３３の法線Ｘを角度α（例えば約１０度）外側に傾けて。図１１（ａ）参照）配置することにより、次の効果を奏することが可能となる。すなわち、灯具光軸ＡＸ０に対して左右方向に略満遍なく出射する指向特性を実現することが可能で（図１９（ａ）及び図１９（ｂ）参照）、なおかつ、図１４に示した配光パターンＰ２と比べ、左右の割れが無く（すなわち、光度が顕著に低下している部分が無く）、中心部が明るい自動車用ランプに適した配光パターンＰ３を形成することが可能な車両用灯具を構成することが可能となる（図２０参照）。

また、本実施形態の灯具１００Ａによれば、導光レンズ３０Ａの両側面３５、３６の作用により、仮想鉛直スクリーン上に法規が求める上下幅（又は左右幅）の配光パターンＰ３（図２０参照）を形成することが可能な車両用灯具を構成することが可能となる。

なお、外側面３１Ａと内側面３２Ａとのなす角度θ２（図１１参照）が大きくなるほど、左右の拡がりが大きくなる。光源１０の大きさや配置によって光度分布が変わるが、頂角θ２は１０°以下が好ましい。ＤＲＬやストップランプでは、通常左右４０°（片側２０°）程度の拡がりを求められているためである。なお、本実施形態では、頂角θ２＝３．５°を採用している。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態である灯具１００Ｂについて、図面を参照しながら説明する。

本実施形態の灯具１００Ｂは、図２２に示すように、内側面３２Ｂ又は外側面３１Ｂに当該内側面３２Ｂ又は外側面３１Ｂから出射する光を制御するためのレンズカットＬＣが施されている点以外、第２実施形態の灯具１００Ａと同様である。以下、本実施形態の導光レンズ３０、光出射面３１、光出射面３２をそれぞれ、導光レンズ３０Ｂ、外側面３１Ｂ、内側面３２Ｂと称する。その他の構成については、第１実施形態及び第２実施形態と同様の符号を付す。

レンズカットＬＣは、上下方向に延びる凹凸（図２２参照）、例えば、図２３（ａ）、図２３（ｂ）に示すように、横断面に凹曲線Ｃ１、凸曲線Ｃ２が交互に現れる波形の凹凸（ローレットとも称する）である。なお、図２３（ａ）、図２３（ｂ）に示したレンズカットＬＣ（凹凸Ｃ１、Ｃ２）は分かりやすくするために誇張して描いてあるが、実際のレンズカットＬＣ（凹凸Ｃ１、Ｃ２）のサイズ（山の高さ）はこれより小さくてもよい。

まず、内側面３２ＢにレンズカットＬＣを施した場合（図２３（ａ）参照）について説明する。

図２４は、図２３（ａ）に示すようにレンズカットＬＣが内側面３２Ｂに施された導光レンズ３０Ｂ（外側面３１Ｂ及び内側面３２Ｂ）から出射する光により仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンＰ６の例である。

図２４を参照すると、配光パターンＰ６は、図２０に示した配光パターンＰ３（レンズカットＬＣが施されていない場合）と比べ、中心（水平方向０［°］）付近で配光ムラ、輝度ムラが低減しており、自動車用ランプに適した配光パターンとなることが分かる。これは、レンズカットＬＣの作用により、配光の拡がりが調整されたためである。

次に、外側面３１ＢにレンズカットＬＣを施した場合（図２３（ｂ）参照）について説明する。

図２５は、図２３（ｂ）に示すようにレンズカットＬＣが外側面３１Ｂに施された導光レンズ３０Ｂ（外側面３１Ｂ及び内側面３２Ｂ）から出射する光により仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンＰ７の例である。

図２５を参照すると、配光パターンＰ７は、図２０に示した配光パターンＰ３（レンズカットＬＣが施されていない場合）と比べ、配光ムラ、輝度ムラが低減しており、自動車用ランプに適した配光パターンとなることが分かる。これは、レンズカットＬＣの作用により、配光の拡がりが調整されたためである。

次に、レンズカットＬＣを、内側面３２Ｂ又は外側面３１Ｂのいずれに施すのが好ましいかについて検討する。

まず、内側面３２ＢにレンズカットＬＣを施した場合に（図２３（ａ）参照）、外側面３１Ｂから出射する光束が、内側面３２Ｂから出射する光束に比べ、どの程度増加するかについて検討する。

図２６（ａ）は、レンズカットＬＣが施された内側面３２Ｂから出射する光により形成される配光パターンＰ８（等光度線図）の例、図２６（ｂ）はレンズカットＬＣが施されていない外側面３１Ｂから出射する光により形成される配光パターンＰ９（等光度線図）の例である。

本願の発明者は、シミュレーションの結果、ＬＥＤ光源１０の光束を１００[lm]とした場合、レンズカットＬＣが施された内側面３２Ｂから出射する光（図２６（ａ）の配光パターンＰ８を形成する光束）が２９．２１[lm]、外側面３１Ｂから出射する光（配光パターンＰ９を形成する光束）が４７．６８[lm]となること、すなわち、外側面３１Ｂから、内側面３２Ｂの約１．６３倍の光束が出射することを確認した。

次に、外側面３１ＢにレンズカットＬＣを施した場合に（図２３（ｂ）参照）、外側面３１Ｂから出射する光束が、内側面３２Ｂから出射する光束に比べ、どの程度増加するかについて検討する。

図２７（ａ）は、レンズカットＬＣが施されていない内側面３２Ｂから出射する光により形成される配光パターンＰ１０（等光度線図）の例、図２７（ｂ）はレンズカットＬＣが施された外側面３１Ｂから出射する光により形成される配光パターンＰ１１（等光度線図）の例である。

本願の発明者は、シミュレーションの結果、ＬＥＤ光源１０の光束を１００[lm]とした場合、レンズカットＬＣが施されていない内側面３２Ｂから出射する光（配光パターンＰ１０を形成する光束）が３４．０８[lm]、外側面３１Ｂから出射する光（配光パターンＰ１１を形成する光束）が４２．７４[lm]となること、すなわち、外側面３１Ｂから、内側面３２Ｂの約１．２５倍の光束が出射することを確認した。

以上から、レンズカットＬＣを外側面３１Ｂに施すより、内側面３２Ｂに施した方が、外側面３１Ｂから出射する光の量が増加すること（及び、中心光度も増加すること）が分かる。このことから、灯具１００Ｂを車両用灯具として用いる場合には、レンズカットＬＣを外側面３１Ｂより内側面３２Ｂに施した方がより好ましいことが分かる。

以上説明したように、本実施形態の灯具１００Ｂによれば、第２実施形態で説明した効果に加え、さらに以下の効果を奏する。

すなわち、内側面３２Ｂ又は外側面３１Ｂに施されたレンズカットＬＣの作用により、配光の拡がりが調整されるため、図２０に示した配光パターンＰ３（レンズカットＬＣが施されていない場合）と比べ、配光ムラ、輝度ムラが低減した自動車用ランプに適した配光パターンＰ６、Ｐ７を形成することが可能となる（図２４、図２５参照）。

なお、本実施形態ではレンズカットＬＣが横断面に凹曲線Ｃ１、凸曲線Ｃ２が交互に現れる波形の凹凸であ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、バックライト等で用いられている微小プリズムをレンズカットＬＣとして用いてもよい。微小プリズムを用い、その角度やピッチを調整することで輝度ムラを減らすことが可能となる。また、配光パターンの制御だけでなく、見た目を美しくする効果を期待できる。

［灯具１００Ａ、１００Ｂの設置例］
次に、灯具１００Ａ、１００Ｂの設置例について説明する。

図２８は、ＤＲＬ／ポジションランプとして機能する灯具１００Ａ（又は灯具１００Ｂ）を、車両用灯具ユニット４０から照射される光が透過するように当該車両用灯具ユニット４０の前方に配置した例である。このようにすれば、車両用灯具ユニット４０の前方に導光レンズ３０Ａ（又は導光レンズ３０Ｂ）が配置された新規見栄えの車両用灯具を構成することが可能となる。なお、導光レンズ３０Ａは反射面２０を備えておらず透明であるため、車両用灯具ユニット４０からの光は、導光レンズ３０Ａで遮られることなくこれを透過して前方に照射される。

車両用灯具ユニット４０は、例えば、ハロゲン電球等の光源４１や当該光源４１からの光を走行ビームとして反射して前方を照射するように構成された反射面４２（例えば、自由曲面）を含むリフレクタ型の光学ユニットである。

車両用灯具ユニット４０から照射された光は、導光レンズ３０Ａ（例えば、楔形断面やレンズカット）の作用によりにより左右方向に広げられる。しかしながら、反射面４２のうち下方部は中央部に比べ、左右に拡がった配光を形成するために使われる。したがって、導光レンズ３０Ａの影響を考慮して反射面４２を設計することで、導光レンズ３０Ａの影響を受けることなく（又はほとんど受けることなく）走行ビーム用配光パターンを形成することが可能となる。

また、灯具１００Ａ（又は灯具１００Ｂ）を、天井等に氷柱のようにぶら下げ、一般照明用灯具として用いることも可能である。あるいは、灯具１００Ａ（又は灯具１００Ｂ）を、遊技機等の装置に組み込み、特殊照明用灯具として用いることも可能である。

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。

１００、１００Ａ、１００Ｂ…灯具、１０…ＬＥＤ光源、２０…反射面、２１…補助反射面、３０、３０Ａ、３０Ｂ…導光レンズ、３１…光出射面（表面）、３１Ａ、３１Ｂ…外側面、３２…裏面、３２Ａ、３２Ｂ…内側面、３３…入光面（端面）、３４…先端部、３５…側面、３６…側面、２００…エクステンション

Claims (9)

1. 入光面としての端面、その反対側の先端部、光出射面としての外側面、その反対側の光出射面としての内側面、両側面を含み、かつ、前記入光面から前記先端部に向かうにつれ前記外側面と前記内側面との間の厚みが薄くなる楔形状の導光レンズと、
   前記入光面に対向して配置され、前記入光面から前記導光レンズ内に入光し前記外側面又は前記内側面から出射する光を放射する光源と、
   を備えており、
   前記導光レンズは、前記両側面のうち一方の側面側から見て湾曲しており、前記内側面のうち前記入光面側の領域から出射した光が前記内側面のうち前記先端部側の領域から再度前記導光レンズ内に入光しこれを透過して外側面から出射するように湾曲していることを特徴とする灯具。
2. 入光面としての端面、その反対側の先端部、光出射面としての外側面、その反対側の光出射面としての内側面、両側面を含み、かつ、前記入光面から前記先端部に向かうにつれ前記外側面と前記内側面との間の厚みが薄くなる楔形状の導光レンズと、
   前記入光面に対向して配置され、前記入光面から前記導光レンズ内に入光し前記外側面又は前記内側面から出射する光を放射する光源と、
   を備えており、
   前記導光レンズは、前記両側面のうち一方の側面側から見て湾曲しており、前記外側面及び前記内側面が鉛直面となるように縦置きに配置されるとともに、前記外側面から出射する光のＭａｘ光度の方向が車両前後方向に延びる灯具光軸に一致するように配置されていることを特徴とする灯具。
3. 前記外側面は、前記両側面のうち一方の側面側から見て、灯具光軸の外側において前記灯具光軸に徐々に近づくように前記灯具光軸に沿って延び、前記灯具光軸を通過した後、前記灯具光軸の内側において前記灯具光軸から徐々に離れるように延びて前記先端部に達する凸曲面とされ、
   前記内側面は、前記一方の側面側から見て、前記灯具光軸の内側において前記先端部に向かうにつれ徐々に前記外側面との間の間隔が小さくなるように前記外側面に沿って延びて前記先端部に達する凹曲面とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の灯具。
4. 前記導光レンズは、前記先端部が前記入光面に対して２５度以上湾曲していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の灯具。
5. 前記導光レンズの外側面又は内側面には、当該外側面又は内側面から出射する光を制御するためのレンズカットが施されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の灯具。
6. 前記レンズカットは、配光ムラ、輝度ムラ、指向特性を調整するためのローレット又は微細プリズムであることを特徴とする請求項５に記載の灯具。
7. 前記導光レンズの両側面はそれぞれ、前記入光面から前記導光レンズ内に入光し前記両側面に入射した光を前記導光レンズの幅方向に集光する光として反射する形状とされていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の灯具。
8. 前記導光レンズの両側面はそれぞれ、前記外側面から見た前記導光レンズの外形が、放物線、楕円弧、台形又はこれらに近い形状であることを特徴とする請求項７に記載の灯具。
9. 前記導光レンズは、車両用灯具ユニットから照射される光が透過するように前記車両用灯具ユニットの前方に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の灯具。

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