JP6576705B2 - 車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載される車両用灯具に関し、特に、所定の方向に配列された複数の光源を備える車両用灯具に関する。
従来、車両に搭載される車両用灯具として、発光ダイオードなどの複数の光源を配列して用いるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。特に近年では、周囲の環境等に応じて配光を変化させる可変配光型のヘッドランプが普及しつつあり、この種の車両用灯具においては、個別に点灯制御可能な多数の発光ダイオードを用いる構成が一般的である。
ところで、複数の光源を配列させる場合、これらを隙間なく並べることは極めて難しい。そのため、単純に複数の光源を発光させた場合には、その発光範囲内に光源間の隙間による暗部ができてしまい、配光に光度ムラが生じてしまう。よって、このような車両用灯具をヘッドランプや信号灯として用いた場合には、運転者の視認性低下や運転状況の誤認識などにより、運転の安全性が損なわれるおそれがある。
そこで、例えば特許文献2に記載の車両用灯具では、基板上に配列された多数の半導体光源が光透過性のチップカバーで覆われるとともに、このチップカバー内に光散乱性や光変換性を有する添加材料が充填されている。これにより、各半導体光源からの光が添加材料によって拡散されて、配光の光度ムラが抑制されるようになっている。
特開2001−266620号公報 特表2006−522440号公報
しかしながら、上記特許文献2に記載の車両用灯具では、添加材料による光の拡散を用いているため、その拡散程度を制御することが難しい。そのため、この車両用灯具を可変配光型のヘッドランプとして用いた場合に点灯状態の光源からの光が非点灯状態の光源の光路上に回り込んでしまうなどして、正確な配光制御が阻害されるおそれがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の光源による配光の光度ムラを抑制しつつ、より正確な配光制御を行うことができる車両用灯具の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、車両用灯具であって、
正面視で各々が前後方向と直交し、且つ互いに略直交する第1の配列方向及び第2の配列方向に沿ってマトリクス状に配列された複数の光源と、
前後方向に沿って並設されて前記複数の光源の前方に配置され、当該複数の光源から出射された光を前方へ投影する少なくとも2つの投影レンズと、
を備え、
前記2つの投影レンズのうち、
一方の投影レンズは、後面及び前面のうち、少なくとも1つの面が、光源像を前記第1の配列方向に広げる機能を備える第1の機能面であり、
他方の投影レンズは、後面及び前面のうち、少なくとも1つの面が、光源像を前記第2の配列方向に広げる機能を備える第2の機能面であり、
前記一方の投影レンズの前記第1の機能面は、
滑らかに連続する連続面を第1の基本形状とするとともに、
前記複数の光源による光源像を前記第1の配列方向に広げるように、当該第1の機能面の中心を通り前記第1の配列方向と直交する線を分割線として前記第1の基本形状を前記第1の配列方向に複数に分割し各分割面を当該分割線回りに回転させた面であり、
前記他方の投影レンズの前記第2の機能面は、
滑らかに連続する連続面を第2の基本形状とするとともに、
前記複数の光源による光源像を前記第2の配列方向に広げるように、当該第2の機能面の中心を通り前記第2の配列方向と直交する線を分割線として前記第2の基本形状を前記第2の配列方向に複数に分割し、各分割面を当該分割線回りに回転させた面であることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の車両用灯具において、
前記一方の投影レンズが後側に、前記他方の投影レンズが前側に配置され、
前記一方の投影レンズの前記第1の機能面は、当該一方の投影レンズの出射面であるとともに、前記第1の配列方向である左右方向に光源像を広げ、
前記他方の投影レンズの前記第2の機能面は、当該他方の投影レンズの入射面であるとともに、前記第2の配列方向である上下方向に光源像を広げることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の車両用灯具において、
前記第1の機能面及び前記第2の機能面の各々は、互いに回転角度の異なる複数種類の分割面を含んで構成されていることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の車両用灯具において、
前記第1の機能面及び前記第2の機能面の各々は、当該第1の機能面又は当該第2の機能面の内側と外側との2種類の分割面を含んで構成され、
前記2種類の分割面のうち、一方の分割面の前記回転角度が、他方の分割面の前記回転角度の略3倍であることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の車両用灯具において、
前記複数の光源の各々は、
平板状の基板に実装されたLED素子であり、
前記第1の配列方向及び前記第2の配列方向に隣り合う他のLED素子との間に、約0.2mmの隙間を介在させていることを特徴とする。
本発明によれば、複数の光源の配列方向に分割されて回転された投影レンズの後面及び前面のうちの少なくとも1つの面によって、複数の光源による光源像がその配列方向に広げられる。
これにより、複数の光源間の隙間に対応した暗部が緩和され、ひいては配光の光度ムラが抑制される。また、投影レンズの上記少なくとも1つの面の分割態様や回転態様を適宜調整することによって、より正確な配光制御を行うことができる。
したがって、複数の光源による配光の光度ムラを抑制しつつ、より正確な配光制御を行うことができる。
実施形態及びその変形例での車両用灯具の要部を示す側断面図である。 LEDアレイの斜視図である。 実施形態での第一投影レンズを説明するための図である。 実施形態での第二投影レンズを説明するための図である。 2つの投影レンズが基本形状である場合における実施形態での車両用灯具が形成する投影像の光度分布を示す図である。 実施形態での車両用灯具による投影像の光度分布を示す図である。 実施形態の変形例での第一投影レンズを説明するための図である。 実施形態の変形例での第二投影レンズを説明するための図である。 実施形態の変形例での車両用灯具による投影像の光度分布を示す図である。 投影レンズの外側の分割面の回転角度が内側の分割面の回転角度の略3倍ときに形成される投影像を説明するための図である。
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の要部を示す側断面図であり、図2は、車両用灯具1が備えるLEDアレイ2の斜視図である。また、図3及び図4は、車両用灯具1が備える第一投影レンズ7及び第二投影レンズ8を説明するための図であって、それぞれの(a)が斜視図であり、(b)が(a)のC−C線及びD−D線での断面図である。
車両用灯具1は、図示しない車両に搭載されるものであり、本実施形態においては、車両前部に搭載されるヘッドランプである。
具体的には、図1に示すように、車両用灯具1は、LED(発光ダイオード)アレイ2と、2つの投影レンズ7,8とを備えており、これら光学部材が、前後方向に沿った光軸X上に配列されて構成されている。
このうち、LEDアレイ2は、図2に示すように、複数(本実施形態では6つ)のLED素子21が、前後方向と直交する平板状の基板22の前面に実装されて構成されている。複数のLED素子21は、各発光面を前方に向けた状態で、上下2段,左右3列のマトリクス状に配列されている。
本実施形態において、各LED素子21は、約1mm角の大きさで200lmの光束を発光するものであり、上下左右に隣り合うものとの間に約0.2mmの隙間を介在させている。
2つの投影レンズ7,8は、図1に示すように、後側(LEDアレイ2側)の第一投影レンズ7と前側の第二投影レンズ8とから構成され、前後方向に並設されてLEDアレイ2の前方に配置されている。これら2つの投影レンズ7,8は、LEDアレイ2近傍の物側焦点と、前側遠方(本実施形態では約25m先)の像側焦点とを有しており、LEDアレイ2(複数のLED素子21)から出射された光を前方へ投影する。また、2つの投影レンズ7,8は、いずれも前面が凸面とされた凸レンズである。
また、2つの投影レンズ7,8は、複数のLED素子21からの光を前方へ投影すると同時に、この光を複数のLED素子21の配列方向(すなわち上下方向及び左右方向)に屈折させて当該複数のLED素子21による光源像を広げる機能を備えている。具体的に、2つの投影レンズ7,8は、複数のLED素子21からの光を投影するための基本形状を具備するとともに、当該基本形状における前面または後面が、複数のLED素子21による光源像を広げるように変形されている。
本実施形態における2つの投影レンズ7,8の基本形状での諸元を以下の表1に示す。なお、表中における「厚さ」「距離」とは光軸X上での各長さであり、また「LEDアレイからの距離」とは、LEDアレイ2から投影レンズ7,8の各後面(入射面)までの距離である。
2つの投影レンズ7,8のうち、後側の第一投影レンズ7は、図3(a)に示すように、光源像を左右方向に広げる機能をその前面(出射面)71に備えている。
第一投影レンズ7の前面71は、図3(b)に示すように、滑らかに連続する連続面である基本形状(図3(b)に二点鎖線で示す形状)を、光軸X上の頂点を通り上下方向に沿った仮想線を分割線として左半面711と右半面712とに分割し、当該分割線回りに個別に後側へ回転させた面であり、本実施形態では、0.24°ずつ回転させている。
一方、前側の第二投影レンズ8は、図4(a)に示すように、光源像を上下方向に広げる機能をその後面(入射面)81に備えている。
第二投影レンズ8の後面81は、図4(b)に示すように、滑らかに連続する連続面である基本形状(図4(b)に二点鎖線で示す形状)を、光軸X上の頂点を通り左右方向に沿った仮想線を分割線として上半面811と下半面812とに分割し、当該分割線回りに個別に前側へ回転させた面であり、本実施形態では、0.24°ずつ回転させている。
続いて、車両用灯具1によって形成される投影像(配光パターン)について説明する。
図5及び図6は、2つの投影レンズ7,8が基本形状である場合、及び、本実施形態の形状である場合において、車両用灯具1から約25m前方の仮想スクリーン上に形成される投影像の光度分布を示す図である。これら図5及び図6では、それぞれ(a)が、仮想スクリーン上での投影像の光度分布図であり、(b)が、光軸Xから下側−0.5°位置(上下−0.5°位置)での投影像の左右方向の光度分布図であり、(c)が、光軸Xを通る左右方向位置(左右0°位置)での投影像の上下方向の光度分布図である。
車両用灯具1では、LEDアレイ2の複数のLED素子21から前方へ出射された光が、2つの投影レンズ7,8によって前方へ投影されて、灯具前方に所定の投影像(配光パターン)が形成される。このときに形成される投影像は、2つの投影レンズ7,8の前面または後面によって光源像が変化したものとなる。
ここで、2つの投影レンズ7,8が基本形状のままである場合(すなわち2つの投影レンズ7,8の前面または後面が分割・回転されていない場合)には、図5(a)〜(c)に示すように、複数のLED素子21の配列にそのまま対応した投影像が形成される。つまり、複数のLED素子21間の隙間が極めて暗い暗部として反映された、光度ムラのある投影像が形成されてしまう。
これに対し、本実施形態の車両用灯具1では、2つの投影レンズ7,8の前面または後面が左右または上下に分割されて回転されているため、当該2つの投影レンズ7,8によって光源像が上下方向及び左右方向にそれぞれ広げられる。具体的には、第一投影レンズ7の前面71によって光源像が左右方向に広げられ、第二投影レンズ8の後面81によって光源像が上下方向に広げられる。
その結果、図6(a)〜(c)に示すように、前方に形成される投影像は、複数のLED素子21間の隙間に対応した暗部を有するものの、2つの投影レンズ7,8の前面または後面が連続面(すなわち基本形状)である場合のものに比べて、当該暗部の谷が浅く(つまり暗部での光度が高く)、光度ムラが抑制されたものとなる。
以上のように、車両用灯具1によれば、複数のLED素子21の配列方向に分割されて回転された第一投影レンズ7の前面71及び第二投影レンズ8の後面81によって、複数のLED素子21による光源像がその配列方向に広げられる。
これにより、複数のLED素子21間の隙間に対応した暗部が緩和され、ひいては配光の光度ムラが抑制される。また、第一投影レンズ7の前面71及び第二投影レンズ8の後面81の分割態様や回転態様を適宜調整することによって、より正確な配光制御を行うことができる。
したがって、複数のLED素子21による配光の光度ムラを抑制しつつ、より正確な配光制御を行うことができる。
なお、複数のLED素子21は、上下方向及び左右方向に沿ったマトリクス状に配列されていなくともよく、正面視で前後方向と直交する方向に沿って配列されていればよい。したがって、複数のLED素子21は、斜め前後方向に配列されていたり、一方向だけに配列されていたりしてもよいし、互いに直交していない2方向に沿って配列されていてもよい。
但し、この場合には、複数のLED素子21の配列方向に光源像を広げることができるように、第一投影レンズ7の前面71や第二投影レンズ8の後面81を適切に分割・回転させる必要があるのは勿論である。
また、投影レンズの数量は2つに限定されず、例えば1つだけでもよいし、3つ以上でもよい。
さらに、光源像を広げるように分割・回転される面は、投影レンズの数量に依らず、投影レンズの後面及び前面のうちの少なくとも1つの面であればよい。つまり、第一投影レンズ7の後面や第二投影レンズ8の前面が分割・回転されていてもよい。但し、当該面は、光軸Xに対してできるだけ平行に近い光が通る面であることが好ましい。
また、2つの投影レンズ7,8の前面71または後面81を分割する分割線は、光軸X上の頂点を通る線でなくともよい。2つの投影レンズ7,8の前後各面は、複数のLED素子21の配列方向(上下方向または左右方向)に複数に分割されて、光源像が当該配列方向に広がるように各分割面を回転させた面であればよい。
[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て、その説明を省略する。
図1は、本変形例における車両用灯具1Bの要部を示す側断面図である。また、図7及び図8は、車両用灯具1Bが備える第一投影レンズ7B及び第二投影レンズ8Bを説明するための図であって、それぞれ(a)が斜視図であり、(b)が(a)のE−E線及びF−F線での断面図である。なお、図1では第二投影レンズ8Bの断面を簡便に図示しており、当該断面のより正確な形状は図8(b)に示すものである。
図1に示すように、車両用灯具1Bは、2つの投影レンズ7,8に代えて2つの投影レンズ7B,8Bを備える点のみにおいて、上記実施形態における車両用灯具1と異なっている。
2つの投影レンズ7B,8Bのうち、第一投影レンズ7Bは、図7(a)に示すように、その前面71Bが4つに分割されている点で、上記実施形態における第一投影レンズ7と異なっている。
第一投影レンズ7Bの前面71Bは、光軸X上の頂点を通る左右中心線を境界線とする左内側面711B及び右内側面712Bと、その外側の左外側面713B及び右外側面714Bとの、左右方向の4面に分割されており、左右対称形状に形成されている。これら各面は、図7(b)に示すように、上記実施形態における第一投影レンズ7の基本形状(図7(b)に二点鎖線で示す)の該当部分を、光軸X上の頂点を通り上下方向に沿った仮想線を中心に、後側へ回転させた面となっている。
本変形例においては、第一投影レンズ7Bの前面71Bのうち、外側の左外側面713B及び右外側面714Bの回転角度が、内側の左内側面711B及び右内側面712Bの回転角度の略3倍となっている。具体的には、左内側面711Bと右内側面712Bとが0.13°ずつ回転させた面となっており、左外側面713Bと右外側面714Bとが0.42°ずつ回転させた面となっている。また、左内側面711B及び右内側面712Bは、それぞれ約7.5mm幅に形成されている。この幅寸法は、LED素子21の配光特性を考慮した上で、所望する光源像の広がり方が得られるように設定される。本変形例では、LED素子21のランバーシアン特性を考慮し、ほぼ直線的な光源像の広がりが得られるように設定されている。
一方、第二投影レンズ8Bは、図8(a)に示すように、その後面81Bが4つに分割されている点で、上記実施形態における第二投影レンズ8と異なっている。
第二投影レンズ8Bの後面81Bは、光軸X上の頂点を通る上下中心線を境界線とする上内側面811B及び下内側面812Bと、その外側の上外側面813B及び下外側面814Bとの、上下方向の4面に分割されており、上下対称形状に形成されている。これら各面は、図8(b)に示すように、上記実施形態における第二投影レンズ8の基本形状(図8(b)に二点鎖線で示す)の該当部分を、光軸X上の頂点を通り左右方向に沿った仮想線を中心に、前側へ回転させた面となっている。
本変形例においては、第二投影レンズ8Bの後面81Bのうち、外側の上外側面813B及び下外側面814Bの回転角度が、内側の上外側面813B及び下外側面814Bの回転角度の略3倍となっている。具体的には、上内側面811Bと下内側面812Bとが0.13°ずつ回転させた面となっており、上外側面813Bと下外側面814Bとが0.42°ずつ回転させた面となっている。また、上内側面811B及び下内側面812Bは、それぞれ約7.5mm幅に形成されている。この幅寸法は、第一投影レンズ7Bの前面71Bにおける左内側面711B及び右内側面712Bと同様に、LED素子21の配光特性を考慮した上で、所望する光源像の広がり方が得られるように設定される。
続いて、車両用灯具1Bによって形成される投影像(配光パターン)について説明する。
図9は、車両用灯具1Bから約25m前方の仮想スクリーン上に形成される投影像の光度分布を示す図であって、(a)が、仮想スクリーン上での投影像の光度分布図であり、(b)が、光軸Xから下側−0.5°位置(上下−0.5°位置)での投影像の左右方向の光度分布図であり、(c)が、光軸Xを通る左右方向位置(左右0°位置)での投影像の上下方向の光度分布図である。
車両用灯具1Bでは、LEDアレイ2の複数のLED素子21から前方へ出射された光が、2つの投影レンズ7B,8Bによって前方へ投影されて、灯具前方に所定の投影像(配光パターン)が形成される。
このとき、形成される投影像は、上記実施形態と同様に、分割されて回転された2つの投影レンズ7B,8Bの前面71Bまたは後面81Bによって光源像が上下方向及び左右方向に広げられる結果、全体的に光度ムラが抑制されたものとなる。
ここで、本変形例の2つの投影レンズ7B,8Bでは、互いに回転角度の異なる2種類の分割面が前面71Bまたは後面81Bに形成されている。つまり、第一投影レンズ7Bの前面71Bは、互いに回転角度の異なる左内側面711B及び右内側面712Bと、左外側面713B及び右外側面714Bとに分割され、第二投影レンズ8Bの後面81Bは、互いに回転角度の異なる上内側面811B及び下内側面812Bと、上外側面813B及び下外側面814Bとに分割されている。
そのため、当該2種類の分割面による光源像の拡大程度が互いに異なる結果、前方に形成される投影像は、図9(a)〜(c)に示すように、図6に示す上記実施形態のもの(投影レンズの分割面の回転角度が1種類の場合のもの)に比べて、複数のLED素子21間の隙間に対応した暗部の谷がより浅く(つまり当該暗部での光度がより高く)、より光度ムラが抑制されたものとなる。
さらに、本変形例の2つの投影レンズ7B,8Bでは、前面71Bまたは後面81Bに形成された2種類の分割面のうち、外側の分割面の回転角度が、内側の分割面の回転角度の略3倍となっている。
これにより、図10(a)に示すように、ベースとなる光源像Mが内側の分割面によって両側にdずつシフトされて光源像M1が形成されるとすると、外側の分割面によって形成される光源像M2は両側に3dずつシフトされたものとなる。
そして、形成される投影像は、光源像M1と光源像M2とが重畳したものであるため、図10(b)に示すように、等間隔の階段状に変化する光度分布を有するものとなる。つまり、光源像Mをシフトさせた方向に光度が滑らかに変化する投影像が得られる。
以上のように、車両用灯具1Bによれば、互いに回転角度の異なる2種類の分割面が第一投影レンズ7Bの前面71B及び第二投影レンズ8Bの後面81Bに形成されている。
これにより、当該2種類の分割面による光源像の拡大程度が互いに異なる結果、上記実施形態のものよりもさらに光度ムラが抑制された投影像が形成される。つまり、複数のLED素子21による配光の光度ムラをさらに抑制することができる。
また、投影レンズ7B,8Bの前面71Bまたは後面81Bでは、外側の分割面の回転角度が内側の分割面の回転角度の略3倍であるので、光源像をシフトさせた方向に光度が滑らかに変化する投影像を得ることができる。
なお、内側の分割面の回転角度が外側の分割面の回転角度の略3倍となるように構成した場合でも、同様の効果を得ることができる。
[他の変形例]
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態やその変形例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態の変形例においては、2つの投影レンズ7B,8Bの前面または後面での分割面の種類数は特に限定されず、当該2つの投影レンズ7B,8Bの前面または後面が、3種類以上の分割面を含んで構成されていてもよい。
また、本発明に係る車両用灯具は、ヘッドランプ以外の車両用灯具にも広く適用可能である。
1,1B 車両用灯具
2 LEDアレイ
21 LED素子(光源)
7,7B 第一投影レンズ
71,71B 前面
711 左半面
712 右半面
711B 左内側面
712B 右内側面
713B 左外側面
714B 右外側面
8,8B 第二投影レンズ
81,81B 後面
811 上半面
812 下半面
811B 上内側面
812B 下内側面
813B 上外側面
814B 下外側面
X 光軸

Claims (5)

  1. 正面視で各々が前後方向と直交し、且つ互いに略直交する第1の配列方向及び第2の配列方向に沿ってマトリクス状に配列された複数の光源と、
    前後方向に沿って並設されて前記複数の光源の前方に配置され、当該複数の光源から出射された光を前方へ投影する少なくとも2つの投影レンズと、
    を備え、
    前記2つの投影レンズのうち、
    一方の投影レンズは、後面及び前面のうち、少なくとも1つの面が、光源像を前記第1の配列方向に広げる機能を備える第1の機能面であり、
    他方の投影レンズは、後面及び前面のうち、少なくとも1つの面が、光源像を前記第2の配列方向に広げる機能を備える第2の機能面であり、
    前記一方の投影レンズの前記第1の機能面は、
    滑らかに連続する連続面を第1の基本形状とするとともに、
    前記複数の光源による光源像を前記第1の配列方向に広げるように、当該第1の機能面の中心を通り前記第1の配列方向と直交する線を分割線として前記第1の基本形状を前記第1の配列方向に複数に分割し各分割面を当該分割線回りに回転させた面であり、
    前記他方の投影レンズの前記第2の機能面は、
    滑らかに連続する連続面を第2の基本形状とするとともに、
    前記複数の光源による光源像を前記第2の配列方向に広げるように、当該第2の機能面の中心を通り前記第2の配列方向と直交する線を分割線として前記第2の基本形状を前記第2の配列方向に複数に分割し、各分割面を当該分割線回りに回転させた面であることを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記一方の投影レンズが後側に、前記他方の投影レンズが前側に配置され、
    前記一方の投影レンズの前記第1の機能面は、当該一方の投影レンズの出射面であるとともに、前記第1の配列方向である左右方向に光源像を広げ、
    前記他方の投影レンズの前記第2の機能面は、当該他方の投影レンズの入射面であるとともに、前記第2の配列方向である上下方向に光源像を広げることを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
  3. 前記第1の機能面及び前記第2の機能面の各々は、互いに回転角度の異なる複数種類の分割面を含んで構成されてい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。
  4. 前記第1の機能面及び前記第2の機能面の各々は、当該第1の機能面又は当該第2の機能面の内側と外側との2種類の分割面を含んで構成され、
    前記2種類の分割面のうち、一方の分割面の前記回転角度が、他方の分割面の前記回転角度の略3倍であることを特徴とする請求項3に記載の車両用灯具。
  5. 前記複数の光源の各々は、
    平板状の基板に実装されたLED素子であり、
    前記第1の配列方向及び前記第2の配列方向に隣り合う他のLED素子との間に、約0.2mmの隙間を介在させていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の車両用灯具。
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