JP6498860B2

JP6498860B2 - 車輌用灯具及び光学体

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Publication number: JP6498860B2
Application number: JP2013183852A
Authority: JP
Inventors: 内田　直樹; 直樹内田
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2033-09-05
Also published as: JP2015053117A

Description

本発明は、光源から出射された光の制御を行う光学体及びこれを備えた車輌用灯具についての技術分野に関する。

独国特許出願公開第１０２００８０５６４０３号明細書

車輌用灯具には、例えば、カバーとランプハウジングによって構成された灯具外筐の内部に、光源等を有する灯具ユニットが配置されたものがある。

このような灯具ユニットには、光源から出射された光を制御する光学体として機能するレンズやリフレクター等が設けられている。例えば、レンズは光源から出射された光を所定の方向へ導くことにより制御して外部へ向けて照射する機能を有し、リフレクターは光源から出射された光をレンズ等へ向けて反射することにより制御する機能を有している。

上記のような車輌用灯具には、光学体として複数の光学素子、例えば、複数のレンズが設けられたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された車輌用灯具にあっては、光学素子である二つのレンズとして補正レンズと凸レンズが設けられ、これらの二つのレンズが光軸方向において離隔して配置されている。

このような複数の光学素子を有する車輌用灯具にあっては、これらの各光学素子間に位置ずれが生じていると、光源から出射された光の制御が適正に行われず、外部へ照射された光によって形成される配光パターンが良好に形成されなくなるおそれがある。従って、各光学素子間の高い位置精度が確保され、各光学素子がそれぞれ設計上の所定の位置に配置されている必要がある。

そこで、本発明車輌用灯具及び光学体は、上記した問題点を克服し、複数の光学素子間の位置精度の向上を図ることを目的とする。

本発明に係る車輌用灯具は、光を出射する光源と、前記光源から出射された光の制御を行い複数の光学素子を有する光学体とを備え、前記複数の光学素子における外周部の少なくとも一部同士が連結され、前記複数の光学素子として樹脂製の第１のレンズと前記第１のレンズと別体で形成された樹脂製の第２のレンズが用いられ、前記第１のレンズの上端部と下端部に後方へ突出された連結部が形成され、前記第２のレンズの上端部と下端部に前方へ突出された連結部が形成され、前記第１のレンズの連結部が前記第２のレンズの連結部に連結されることによって前記第１のレンズと前記第２のレンズが一体化され、前記第１のレンズの光軸と前記第２のレンズの光軸が一致されたものである。

これにより、複数の光学素子における外周部の少なくとも一部同士が連結されることにより光学体が構成される。また、光学体から照射された光によって形成される配光パターンが鮮明に形成される。また、第１のレンズと第２のレンズを一体に形成する必要がないため、第１のレンズと第２のレンズの形状の自由度が向上する。また、第１のレンズと第２のレンズを薄型にすることができるため、射出成形において冷却され第１のレンズと第２のレンズが成形されるときのヒケの発生が抑制される。

上記した本発明に係る車輌用灯具においては、前記複数の光学素子と前記連結部が一体に形成されて前記光学体が構成されることが望ましい。

これにより、複数の光学素子間の位置決め作業が不要になる。

上記した本発明に係る車輌用灯具においては、前記光源が前記第１のレンズと前記第２のレンズの合成主面における曲率半径の中心側に配置されることが望ましい。

これにより、従来より用いられている光学ユニットの平凸レンズと同様に、光軸に対して広がる光を集光制御できるため、従来の光学ユニットの周辺部品を使用することが可能であり、製造コストの低減を図ることができる。

本発明に係る光学体は、光源から出射された光の制御を行い複数の光学素子を有する光学体であって、前記複数の光学素子における外周部の少なくとも一部同士が連結され、前記複数の光学素子として樹脂製の第１のレンズと前記第１のレンズと別体で形成された樹脂製の第２のレンズが用いられ、前記第１のレンズの上端部と下端部に後方へ突出された連結部が形成され、前記第２のレンズの上端部と下端部に前方へ突出された連結部が形成され、前記第１のレンズの連結部が前記第２のレンズの連結部に連結されることによって前記第１のレンズと前記第２のレンズが一体化され、前記第１のレンズの光軸と前記第２のレンズの光軸が一致されたものである。

これにより、複数の光学素子における外周部の少なくとも一部同士が連結されて光学体が構成される。また、光学体から照射された光によって形成される配光パターンが鮮明に形成される。また、第１のレンズと第２のレンズを一体に形成する必要がないため、第１のレンズと第２のレンズの形状の自由度が向上する。また、第１のレンズと第２のレンズを薄型にすることができるため、射出成形において冷却され第１のレンズと第２のレンズが成形されるときのヒケの発生が抑制される。

本発明によれば、複数の光学素子における外周部の少なくとも一部同士が連結されるとともに、複数の光学素子として樹脂製の第１のレンズと前記第１のレンズと別体で形成された樹脂製の第２のレンズが用いられ、前記第１のレンズの上端部と下端部に後方へ突出された連結部が形成され、前記第２のレンズの上端部と下端部に前方へ突出された連結部が形成され、前記第１のレンズの連結部が前記第２のレンズの連結部に連結されることによって前記第１のレンズと前記第２のレンズが一体化され、前記第１のレンズの光軸と前記第２のレンズの光軸が一致されるため、複数の光学素子間の位置精度の向上を図ることができ、また、光学体から照射された光によって形成される配光パターンが鮮明に形成される。また、第１のレンズと第２のレンズを一体に形成する必要がないため、第１のレンズと第２のレンズの形状の自由度が向上する。また、第１のレンズと第２のレンズを薄型にすることができるため、射出成形において冷却され第１のレンズと第２のレンズが成形されるときのヒケの発生が抑制される。

図２乃至図８と共に本発明車輌用灯具及び光学体の基本的構成例を示すものであり、本図は、車輌用灯具の概略縦断面図である。光学体の垂直断面図である。光学体の水平断面図である。別の車輌用灯具の概略縦断面図である。金型の内部に光学体を成形するための溶融樹脂が充填された状態を示す水平断面図である。溶融樹脂が固化され金型が離型されて光学体が成形された状態を示す水平断面図である。光学体の垂直面内における光路を示す模式図である。光学体の水平面内における光路を示す模式図である。図１０と共に本発明車輌用灯具及び光学体の実施の形態を示すものであり、本図は、連結部がそれぞれ設けられた二つのレンズを示す斜視図である。連結部がそれぞれ設けられた二つのレンズが連結された状態を示す斜視図である。本発明の比較例を示すものであり、一方のレンズの光軸が傾斜された例を示す模式図である。

以下に、本発明車輌用灯具及び光学体の基本的構成例と本発明を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。

＜車輌用灯具の概略構成＞
車輌用灯具１は、例えば、車輌用前照灯であり、それぞれ車体の前端部における左右両端部に取り付けられて配置されている。

車輌用灯具１は前方に開口された凹部を有するランプハウジング２とランプハウジング２の開口を閉塞するカバー３とを備えている（図１参照）。ランプハウジング２とカバー３によって灯具外筐４が構成され、灯具外筐４の内部空間は灯室５として形成されている。

灯室５には灯具ユニット６が配置されている。灯具ユニット６は、放熱機能を有するヒートシンク７とヒートシンク７上に配置された光源モジュール８と光源モジュール８の前方に配置された光学体９とを有している。

光源モジュール８はヒートシンク７上に配置された回路基板８ａと回路基板８ａ上に搭載された光源８ｂとを有している。光源８ｂとしては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられている。尚、光源８ｂは発光ダイオードに限られることはなく、レーザーダイオード（ＬＤ）、放電灯、ハロゲンランプ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）等の他の種類が用いられていてもよい。

光源８ｂの駆動時には回路基板８ａや光源８ｂに発生する熱がヒートシンク７に伝達され、ヒートシンク７から熱が放出されて光源ユニット８の温度上昇が抑制される。尚、光源８ｂとして放電灯、ハロゲンランプ、有機ＥＬが用いられる場合にはヒートシンクは不要である。

光源８ｂは光が前方へ向けて出射されるように配置されており、車輌用灯具１は光学体９に光源８ｂから出射された光が直接入射されて光学体９から配光制御された光が照射される所謂直射型の車輌用灯具である。尚、車輌用灯具１はパラボラ型のリフレクターを用いた所謂パラボラ光学系として構成することが可能である。

＜光学体の比較例＞
光学体９は、例えば、後述する金型に溶融樹脂が充填され金型に充填された溶融樹脂が冷却されて成形される射出成形によって一体に形成されている（図２及び図３参照）。光学体９は二つの光学素子として設けられ前後に離隔して位置された第１のレンズ１１及び第２のレンズ１２と両者を連結する連結部１３、１３とが一体に形成されて成る。光学体９は図示しないホルダーに保持された状態で灯室５に配置されている。

第１のレンズ１１と第２のレンズ１２はそれぞれ水平断面形状で見て両凸状に形成されている。第１のレンズ１１の光軸Ｐ１と第２のレンズ１２の光軸Ｐ２とは一致されている（図２参照）。第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の合成主面Ｓは、例えば、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の間に位置され、合成主面Ｓにおける曲率半径の中心側に光源８ｂが配置されている。

連結部１３、１３はそれぞれ第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の上端部間と下端部間を連結する位置に設けられている。

上記したように、光学体９にあっては、第１のレンズ１１の光軸Ｐ１と第２のレンズ１２の光軸Ｐ２とが一致されているため、光学体９から照射された光によって形成される配光パターンが鮮明に形成され、良好な配光パターンを形成することができる。

但し、本発明の比較例としては、光学体９において、光軸Ｐ１と光軸Ｐ２が平行にされているが一致されていないように構成することも可能である。

また、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の合成主面Ｓにおける曲率半径の中心側に光源８ｂが配置されているため、各部の加工精度や組付精度等によって光源８ｂが第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の合成焦点からずれて配置された場合においても、光学体９の高い結像性能を確保することができる。

尚、上記には、直射型の車輌用灯具１を例として示したが、本発明においては、図４に示すように、光源モジュール８の上方にリフレクター１０が配置され光源８ｂから出射された光がリフレクター１０で反射されて光学体９に入射され光学体９から光が照射される所謂プロジェクター型の車輌用灯具１Ａを用いることも可能である。

この場合には、リフレクター１０の反射面が略楕円曲面に形成され、リフレクター１０の後側焦点に光源８ｂが配置され、リフレクター１０の前側焦点が第２のレンズ１２の後側焦点に一致される。

＜光学体の成形＞
上記のように構成された光学体９は、第１の型５０と第２の型６０を有する金型７０によって、以下のようにして成形される（図５及び図６参照）。

先ず、第１の型５０と第２の型６０が突き合わされて金型７０の内部にキャビティ７１が形成され、キャビティ７１に溶融樹脂１００が充填される（図５参照）。キャビティ７１は第１のレンズ１１を成形するための第１の部分７１ａと第２のレンズ１２を成形するための第２の部分７１ｂと連結部１３、１３をそれぞれ成形するための第３の部分７１ｃ、７１ｃとから成る（図５に一方の第３の部分７１ｃのみ示す。）。第１の部分７１ａと第２の部分７１ｂは第３の部分７１ｃ、７１ｃによって連通されている。第１の部分７１ａと第２の部分７１ｂは前後に離隔して位置され、第３の部分７１ｃ、７１ｃは第１の部分７１ａと第２の部分７１ｂの間において上下に離隔して位置されている。

次に、溶融樹脂１００が冷却されて固化される。

続いて、第１の型５０と第２の型６０が左右方向において離型され、第１の部分７１ａによって第１のレンズ１１が形成され、第２の部分７１ｂによって第２のレンズ１２が形成され、第３の部分７１ｃ、７１ｃによってそれぞれ連結部１３、１３が形成され、光学体９が一体に形成される（図６参照）。

このように第１のレンズ１１と第２のレンズ１２と連結体１３、１３が一体に形成されて光学体９が構成されるため、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２のホルダーへの組付に際して第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の位置決め作業を行う必要がなく作業性の向上を図ることができる。

また、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２が一体に形成された連結体１３、１３によって連結されているため、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の間の位置精度の向上を図ることができる。

＜光学体における制御＞
上記のように構成された車輌用灯具１において、光源８ｂから光が出射されると、出射された光が第２のレンズ１２から光学体９に入射されて制御され、光学体９及びレンズ３を透過されて外部へ照射される。このとき光学体９に入射された光が第２のレンズ１２と第１のレンズ１１の各面において順に屈折されることにより制御され、光学体９から平行光が照射される（図７及び図８参照）。

尚、光学体９にあっては、上記したように、連結部１３、１３がそれぞれ光学体９の上下両端部に設けられており、第１のレンズ１１から入射された光が連結部１３、１３に入射されないようにされている（図７参照）。このように光学体９に入射された光が連結部１３、１３には入射されないため、連結部１３、１３によって光が反射や屈折されることがなく、所望の配光パターンを形成することができる。

但し、光学体９において、連結部１３、１３に光源８ｂから出射された光が入射され連結部１３、１３によって入射された光が反射又は屈折されて制御されるように構成することも可能である。また、連結部１３、１３は第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の位置決め機能を有していればよく、光学体９を灯室５において固定する機能を有している必要はない。光学体９を灯室５において固定する機能は、例えば、光学体９を保持するホルダーが有していればよい。

＜光学体の構成＞
上記には、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２と連結部１３、１３が一体に形成された例を示したが、例えば、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２が別体で形成され第１のレンズ１１又は第２のレンズ１２の少なくとも一方に連結部が一体に形成され第１のレンズ１１と第２のレンズ１２が連結部によって連結されてもよい。以下には、例として、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の双方に連結部が一体に形成された光学体９Ａの例を示す（図９及び図１０参照）。

光学体９Ａには第１のレンズ１１の上端部と下端部にそれぞれ後方へ突出された連結部１４、１４が一体に形成されている。連結部１４の後面には後方へ突出された結合ピン１４ａ、１４ａが左右に離隔して設けられている。

第２のレンズ１２の上端部と下端部にはそれぞれ前方へ突出された連結部１５、１５が一体に形成されている。連結部１５の後面には前方に開口された結合穴１５ａ、１５ａが左右に離隔して形成されている。

連結部１４、１４の結合ピン１４ａ、１４ａ、・・・がそれぞれ連結部１５、１５の結合穴１５ａ、１５ａ、・・・に嵌合され、連結部１４、１４、１５、１５によって第１のレンズ１１と第２のレンズ１２が連結される。

このように第１のレンズ１１と第２のレンズ１２が別体で形成され連結部１４、１４、１５、１５によって第１のレンズ１１と第２のレンズ１２が連結されるように構成することにより、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２を一体に形成する必要がないため、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の形状の自由度の向上を図ることができる。

尚、上記には、連結部１４に結合ピン１４ａ、１４ａが設けられ連結部１５に結合穴１５ａ、１５ａが形成された例を示したが、逆に、連結部１４に結合穴が形成され連結部１５に結合ピンが設けられていてもよい。

また、上記には、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の双方に連結部が一体に設けられた例を示したが、第１のレンズ１１又は第２のレンズ１２の一方に連結部が設けられていてもよい。この場合に、連結部に結合ピンが設けられているときには連結部が設けられていない第１のレンズ１１又は第２のレンズ１２に結合穴が形成されていればよく、連結部に結合穴が形成されているときには連結部が設けられていない第１のレンズ１１又は第２のレンズ１２に結合ピンが設けられていればよい。

＜まとめ＞
以上に記載した通り、車輌用灯具１、１Ａにあっては、第１のレンズ１１及び第２のレンズ１２が第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の少なくとも一方の外周部に一体に形成された連結部１３、１３（１４、１４又は１５、１５）によって連結されて光学体９（９Ａ）が構成されている。

従って、第１のレンズ１１又は第２のレンズ１２の少なくとも一方に連結部１３、１３（１４、１４又は１５、１５）が一体に形成されているため、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の位置精度の向上を図ることができる。

また、光学体９、９Ａが第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の２枚のレンズによって構成されているため、全体を１枚のレンズによって構成する場合に比し第１のレンズ１１と第２のレンズ１２を薄型にすることができ、光学体９、９Ａの全体としての薄型化を図ることが可能になる。特に、光学体９、９Ａが２枚のレンズによって構成されることにより、光学体が１枚のレンズによって構成される場合に比し、光が屈折される面が２面から４面に増えるため、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の各面の曲率を小さくでき、光学体９、９Ａの全体としての薄型化を図ることが可能になる。

特に、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２を薄型にすることができるため、射出成形において冷却されて第１のレンズ１１と第２のレンズ１２が成形されるときのヒケの発生が抑制され、光学体９、９Ａの成形精度の向上を図ることができる。

＜その他＞
光学体９、９Ａにおいては、第１のレンズ１１又は第２のレンズ１２の少なくとも一方をフレネルレンズとして形成することが可能である。第１のレンズ１１又は第２のレンズ１２の少なくとも一方をフレネルレンズとして形成することにより、光学体９、９Ａの薄型化を図ることができる。

また、フレネルレンズの外周側にフレネルレンズにおける外周部の曲面に連続する曲面を有する別のレンズを配置することも可能である。これにより光学体９、９Ａが外部から視認されたときの見栄えの向上を図ることができる。

さらに、第１のレンズ１１又は第２のレンズ１２の少なくとも一方に着色が施されていてもよく、第１のレンズ１１又は第２のレンズ１２の少なくとも一方が回折レンズ(ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）にされていてもよい。

さらにまた、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２のレンズ面の少なくとも一面に反射防止用のコーティングや反射防止用の微細構造が形成されていてもよい。

尚、上記には、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の二つのレンズを有する光学体９、９Ａを例として説明したが、本発明における光学体は３枚以上のレンズを有し、これらの各レンズがそれぞれ連結部によって連結されていてもよい。

また、上記には、光学体９、９Ａが樹脂材料によって形成された例を示したが、光学体はガラスによって形成されていてもよい。

さらに、上記には、複数の光学素子として複数のレンズが用いられた例を示したが、本発明の比較例としては、複数の光学素子が何れもレンズに限られることはなく、例えば、複数の光学素子としてレンズとリフレクターの組み合わせ等のレンズ以外の光学素子が用いられていてもよい。

さらにまた、光学体９、９Ａの形状は図７及び図８に示した形状に限られることはなく、光の屈折方向が光軸から離隔する方向になるように光学体９、９Ａの形状を形成することも可能である。このような構成は、路面配光の拡散領域への利用に好適であると共に広範囲への光の照射を必要とする標識灯にも適用が可能になる。

また、上記には、第１のレンズ１１の光軸Ｐ１と第２のレンズ１２の光軸Ｐ２が平行な例を示したが、本発明の比較例としては、図１１に示すように、一方のレンズ、例えば、第２のレンズ１２を第１のレンズ１１に対して傾斜させて第２のレンズ１２の光軸Ｐ２が第１のレンズ１１の光軸Ｐ１に対して傾くように構成することも可能である。

このような構成にすることにより、他の構造物５０が存在する場合に構造物５０との干渉を回避した状態で光学体９、９Ａを配置することが可能になる。また、第２のレンズ１２が傾斜されることにより、車輌用前照灯１、１Ａの前後方向における小型化及び設計の自由度の向上を図ることが可能になる。

また、上記した光学体９、９Ａは、例えば、クリアランスランプ等の車輌用標識灯の光学モジュール用のレンズとしても適用することが可能である。

１…車輌用灯具、２…ランプハウジング、３…カバー、４…灯具外筐、６…灯具ユニット、８ｂ…光源、９…光学体、１Ａ…車輌用前照灯、１１…第１のレンズ、１２…第２のレンズ、１３…連結部、９Ａ…光学体、１４…連結部、１５…連結部

Claims

光を出射する光源と、
前記光源から出射された光の制御を行い複数の光学素子を有する光学体とを備え、
前記複数の光学素子における外周部の少なくとも一部同士が連結され、
前記複数の光学素子として樹脂製の第１のレンズと前記第１のレンズと別体で形成された樹脂製の第２のレンズが用いられ、
前記第１のレンズの上端部と下端部に後方へ突出された連結部が形成され、
前記第２のレンズの上端部と下端部に前方へ突出された連結部が形成され、
前記第１のレンズの連結部が前記第２のレンズの連結部に連結されることによって前記第１のレンズと前記第２のレンズが一体化され、
前記第１のレンズの光軸と前記第２のレンズの光軸が一致された
車輌用灯具。
前記光源が前記第１のレンズと前記第２のレンズの合成主面における曲率半径の中心側に配置された
請求項１に記載の車輌用灯具。
光源から出射された光の制御を行い複数の光学素子を有する光学体であって、
前記複数の光学素子における外周部の少なくとも一部同士が連結され、
前記複数の光学素子として樹脂製の第１のレンズと前記第１のレンズと別体で形成された樹脂製の第２のレンズが用いられ、
前記第１のレンズの上端部と下端部に後方へ突出された連結部が形成され、
前記第２のレンズの上端部と下端部に前方へ突出された連結部が形成され、
前記第１のレンズの連結部が前記第２のレンズの連結部に連結されることによって前記第１のレンズと前記第２のレンズが一体化され、
前記第１のレンズの光軸と前記第２のレンズの光軸が一致された
光学体。