JP6679878B2 - 車両用灯具 - Google Patents
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Description
このためオーバーヘッド配光を形成するためには、別の灯具ユニットを設けるなどの必要があり、車両用灯具全体で見ると大型化してしまう恐れがある。
(1)本発明の車両用灯具は、半導体型の光源と、前記光源の前方に配置される第2レンズと、前記光源と前記第2レンズの間に配置され、自身の基本焦点に仮想光源を位置させたときに、その仮想光源からのライトコーンを前記第2レンズと前記第2レンズの基本焦点とを結ぶコーンに変換するとともに、水平方向外側の入射面に入射する前記仮想光源からの光を前記第2レンズの水平方向外側の入射面に入射させるように内向きに変換して照射するように形成されている第1レンズと、前記第1レンズと前記光源の間に配置され、カットオフラインを形成するシェードと、を備え、前記第1レンズは、メイン配光用の主レンズ部と、前記主レンズ部の下側に設けられ、メイン配光の上方に照射する配光パターン用の副レンズ部と、を有し、前記シェードは、前記副レンズ部に前記光源からの光を入射させるために設けられた前記光源からの光を通過させる開口を有する。
(2)上記(1)の構成において、前記開口は、前記第1レンズの前記主レンズ部と前記副レンズ部との境目に前記光源からの光が照射されない位置に位置するように前記シェードに設けられている。
(3)上記(1)又は(2)の構成において、前記開口は、前記開口の上辺が左右中央側から左右外側に向かって下側に下がる略円弧状に形成されている。
(4)上記(1)から(3)のいずれか1つの構成において、前記シェードは、前記開口の上辺から前記第1レンズ側に向かって所定の角度で下方に傾斜するように設けられるひさしを有し、前記ひさしは、前記開口の上辺の左右中央側から左右外側の所定の範囲に設けられている。
(5)上記(1)から(4)のいずれか1つの構成において、前記副レンズ部の出射面は、前記副レンズ部の入射面に入射した前記光源からの光が形成する配光像を左右上下方向に拡大するとともに、車両前方の上方に照射される配光パターンが逆台形状となるように、前記第2レンズ側から見たときに、前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対してズラすように形成されている。
(6)上記(5)の構成において、前記副レンズ部の前記入射面に入射した前記光源からの光が形成する配光像を左右上下方向に拡大するために、前記第2レンズ側から見たときに、前記副レンズ部の前記出射面は、水平方向において、前記副レンズ部の左右中央側から左側の前記入射面に対応する前記出射面ほど前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対して左側にズラし、前記副レンズ部の左右中央側から右側の前記入射面に対応する前記出射面ほど前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対して右側にズラし、鉛直方向において、前記副レンズ部の下側の前記入射面に対応する前記出射面から上側の前記入射面に対応する前記出射面に向かって上側の前記入射面に対応する前記出射面ほど前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対して下側にズラす基本形状とされており、さらに、その基本形状に対して、車両前方の上方に照射される配光パターンが逆台形状となるように、前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対して前後方向にズラすように形成されており、前記副レンズ部の前記出射面は、車両前方の上方に照射される配光パターンが逆台形状となるように、前記第2レンズ側から見たときに、前記副レンズ部の左右中央の下側の前記入射面に対応する前記出射面が前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対して前記第1レンズ側となる前方側にズラし、前記副レンズ部の左右中央の下側の前記入射面を基準に、上側、左右斜め上側及び左右外側に向かう前記入射面に対応する前記出射面ほど前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対して前記第1レンズから離れる後方側にズラすとともに、左右外側の前記入射面に対応する前記出射面が上側及び左右斜め上側の前記入射面に対応する前記出射面よりもズラし量が小さくなるように形成されている。
図2に示すように、灯具ユニット10は、半導体型の光源20と、光源20の前方に配置される第2レンズ30と、光源20と第2レンズ30の間に配置される第1レンズ40と、第1レンズ40と光源20の間に配置されるシェード50と、を備えている。
また、図3では、最も基本的な状態を示しており、いわゆる、オーバーヘッド配光を形成するための構成を備える前の状態を示している。
図3を参照しながら、以下、本実施形態の灯具ユニット10の基本的な構成について説明する。
光源20は、本実施形態では、給電構造を設けたアルミ実装基板22上に発光チップ21を設けた半導体型のLEDを用いているが、LEDに限定される必要はなく、例えば、半導体レーザ(LD)のような半導体型の光源であっても良い。
第2レンズ30は、透明なガラス材料や樹脂材料などを用いて形成されており、図3では、配光制御を行う部分だけを示しているが、ホルダなどに取付けられるように、例えは、車両左右幅方向(X軸方向)の両側部に図示しないフランジが設けられている。
このようにすることで、第2レンズ30を光源20に近づけるように配置でき、灯具ユニット10を前後方向にコンパクトなものとすることが可能である。
第1レンズ40は、透明なガラス材料や樹脂材料などを用いて形成されており、図3では、配光制御を行う部分だけを示しているが、ホルダなどに取付けられるように、例えは、車両左右方向(X軸方向)の両側部に図示しないフランジが設けられている。
なお、本実施形態では、第1レンズ40から第1レンズ40の基本焦点PFまでの距離がほぼ5.5mmになっている。
シェード50は、例えば、光を透過しない材料を用いて形成され、光源20からの光の一部を遮光し、配光パターンのカットオフラインを形成する。
なお、シェード50に光を透過する透明な材料を用いる場合には、光を透過しない塗料など用いて表面コーティングを行なえば良い。
なお、図4に示されるZ軸は、図3に示した光源光軸Zと同じであり、図4に示されるX軸は、Z軸に直交する図3に示した車両左右幅方向となる水平方向の軸であり、図4に示すY軸はZ軸及びX軸に直交する図3に示した車両上下方向となる鉛直方向の軸である。
また、図4(b)では、光源20の発光チップ21の発光面21aを示すようにしている。
なお、シェード50は、厚さがほぼ0.2mmの金属板で形成されている。
なお、前述した第2レンズ30は、第2レンズ30の基本焦点SF(図3参照)が、このシェード50の基準点CPからほぼ14mm後方側の光源光軸Z上に位置するように配置されている。
なお、上述したように、基準点CPと第1レンズ40の基本焦点PFは一致しているので、光源20は発光面21aが第1レンズ40の基本焦点PFより約1mm後方に位置するように配置されている。
この結果、カットオフラインの明暗境界線を暈すことができ、視認性の高いロービーム配光パターンとすることができるようになる。
まず、はじめに、第1レンズ40と第2レンズ30の配光制御のための基本的な構成から説明を行う。
図5に示すように、この基本的な配光制御のための設計は、現実の光源20ではなく、第1レンズ40の基本焦点PFに仮想光源20’が存在するものと仮定して行われており、図5において、基本焦点PFから第1レンズ40及び第2レンズ30に向けて示される多数の直線は、この仮想光源20’からの光線を示したものになっている。
また、図5に示す符号Cは、第2レンズ30と第2レンズ30の基本焦点SFとを結ぶコーンCを示すものである。
なお、第2レンズ30を仮想光源20’に近づけて配置できることは、実際の光源20(図3参照)に第2レンズ30を近づけて配置できることを意味する。
この結果、本実施形態では、小型化した第2レンズ30を光源20に近づけて配置できるため、前後方向にも左右方向にもコンパクトな灯具ユニット10とすることができ、車両用灯具としてもコンパクトなものとすることが可能である。
図7のX軸及びY軸は、これまでと同じであり、X軸が水平方向を示す軸であり、Y軸が鉛直方向を示す軸であり、図7において上側が鉛直方向上側である。
そして、この入射面42における焦点位置のズラし状態は、この入射面42に対応する出射面41(図5参照)の形状によって実現している。
このCP’は、光源光軸Z上に位置するシェード50の上辺51の第1レンズ40側の位置である。
つまり、エリア(1)の範囲内の光は、配光パターンの全体の形状とほぼ同じ形状の配光パターンを形成する。
このことから、(2)及び(3)の配光パターンが(1)の配光パターンに対して左右方向にズラすように多重させるようにすることで配光パターンを水平方向に拡げることができる。
図10は、第2レンズ30の配光制御を説明するための図である。
図10でも、図9での説明に合わせて、第2レンズ30から出射する光のどの範囲が、図9に示したエリア(1)、(2)、及び、(3)の光に対応しているのかを、両矢印で範囲(1)、(2)、及び、(3)として示している。
なお、図10においても、光線に関しては、仮想光源20’からの光線を描いている。
以上のような基本的な構成によって、カットオフラインを有するメイン配光を形成することができる。
ここで、導光部を導波できる光は、臨界角を超えない光であり、臨界角を超えるような光は導光部から漏洩する。
このため、従来技術で例示した車両用灯具のように、導光部を利用してレンズの所定の範囲に光を入射させる構成とした場合には、この漏洩光がレンズの予期せぬ部分に再入射してグレア光となる恐れがあるが、本実施形態のような構成とすれば、そのような心配はない。
また、配光パターンLPの中央下側は、明暗境界線がハッキリした状態になっており、視認性を向上させるためには、この部分も暈すようにするのが好適である。
以下、詳しく説明するがこの第1レンズ40の配光制御をさらに工夫した部分が、はじめに図2を参照して触れた主レンズ部40Aの上側レンズ部40aである。
図12は、図11(b)の配光パターンLPをさらに改善するためのポイントを説明するための図であり、図12を参照しながら図11(b)の配光パターンLPをさらに改善するためのポイントについて、まず説明を行い、その後、具体的な構成について説明する。
図12(a)は、第1レンズ40、シェード50及び光源20の発光チップ21を横から見た側面図である。
なお、図12(b)は、第2レンズ30を透過後の配光パターンである。
なお、図12(c)も第2レンズ30を透過後の配光パターンである。
そして、図12(b)及び図12(c)に示した配光パターンが多重されることで図11(b)の配光パターンLPが構成されることになる。
また、図12(b)の配光パターンの中央下側の明暗境界線の部分は、図11(b)の配光パターンLPの中央下側の明暗境界線部分と酷似した状態であることが見て取れる。
このことから、第1レンズ40の出射面41から照射される光で形成される配光部分MP’により、図11(b)の配光部分MPや図11(b)の配光パターンLPの明暗境界線部分が生じていると考えられるため、図11(b)の配光部分MP及び配光パターンLPの中央下側の明暗境界線部分を暈すためには、図12(b)の配光パターンを暈すようにすれば、良いと考えられる。
まず、図12(a)に示す第1レンズ40の出射面41の点線より上側の出射面がどのように規定されるのかについて説明する。
上述したように、第1レンズ40は、上側の出射面41と下側の出射面41を分割するようにすることで配光制御を行うようにする。
なお、図14(a)は、第2レンズ30の焦点位置を基本焦点SFに対して鉛直方向にズラす内容を説明するための図であり、図14(b)は、焦点位置を水平方向にズラす内容を説明するための図である。
また、数値がプラスの場合は、第2レンズ30の基本焦点SFに対して鉛直方向上側に焦点位置がズレることを示している。
したがって、第1レンズ40の上側レンズ部40aの上側出射面41c(図13参照)は、第2レンズ30側から見たときに、水平方向中央から右外側の上側入射面42cに対応する上側出射面41cほど、第2レンズ30の焦点位置を第2レンズ30の基本焦点SFに対して右側にズラし、水平方向中央から左外側の上側入射面42cに対応する上側出射面41cほど、第2レンズ30の焦点位置を第2レンズ30の基本焦点SFに対して左側にズラすように形成されている。
つまり、上側レンズ部40aの上側出射面41cが下側に位置する第1レンズ40の出射面41dよりも前方側に位置しないようにするのが好適である。
以上のように、構成することで斜めカットオフパターンを有する良好なロービーム配光パターンであるメイン配光を形成することができる。
つまり、これまでの説明は、この光源20からの光がシェード50によって遮られずに光が入射するレンズ部分(図2の主レンズ部40A参照)の入射面や出射面などについて説明してきた。
まず、最初に図17を参照しながら第1レンズ40において、副レンズ部40Bとする領域について説明を行う。
なお、図17において、Z軸及びY軸は、これまでの図と同様であり、X軸については、Z軸及びY軸の交点に重なることになるので図示を省略している。
図2に示すように、光源20からの光を副レンズ部40Bに入射させるために、シェード50には、開口52が形成されている。
なお、図18においても、Y軸及びX軸は、これまでと同様であり、光源光軸Zは、Y軸及びX軸の交点に重なるので図示を省略している。
また、図18では、発光チップ21の位置を模式的に示している。
なお、開口52の底辺52bは、上辺52aの左右の端を直線で繋ぐ形状になっており、開口52は、ほぼ三日月形状になっている。
そうすると、開口52の左右外側を通過した光が、副レンズ部40Bよりも上に照射され、主レンズ部40Aに入射する恐れがある。
先ほど、図17を参照しながら説明したように、副レンズ部40Bが、発光チップ21の上端と第1レンズ40の基本焦点PF(シェード50の基準点CP)とを結ぶ延長線が第1レンズ40の入射面42に交わる位置よりも下側のレンズ部分に形成されることについて説明した。
ひさし53の傾斜をより大きくすれば、その分だけ発光チップ21が大きく位置ズレしてもグレア光の発生を抑制する効果が得られるが、ひさし53の傾斜が大きくなると開口52を通過する光を遮光するようになっていき、必要な光量が得られなくなることから、組立工程で許容される発光チップ21の位置ズレ量(組立て誤差)を基準に適切な傾斜角度となるようにひさし53の角度を決めるのが好ましく、また、ひさし53の幅についても同様である。
しかしながら、これに限定されるものではなく、ひさし53は、発光チップ21の位置ズレを考慮した時に必要と考えられる所定の範囲に設けるようにすればよい。
なお、メイン配光のための構成について説明していたところでは、例えば、図13のように、上側レンズ部40aの下側に位置する第1レンズ40のレンズ部分40bは、第1レンズ40の最下端までのような図示になっているが、実際には、開口52を設けていないシェード50の状態において光が入射することができる範囲がレンズ部分40bであるので、正確には、図19に示すように、主レンズ部40Aと副レンズ部40Bの境目が、レンズ部分40bの下端であり、第1レンズ40全体で見れば、レンズ部分40bは中央に位置するレンズ部となるが、主レンズ部40Aとしては下側レンズ部40bであり、その下側レンズ部40bの、さらに下側のレンズ部分に副レンズ部40Bが設けられる。
配光像を左右方向に拡大するために、出射面41eは、第2レンズ30側から見たときの第2レンズ30の焦点位置を第2レンズ30の基本焦点SFに対して、これから図20を参照しながら説明するように左右方向にズラすように形成されている。
図20は、配光像を左右方向に拡大するために、出射面41eが第2レンズ30側から見たときの第2レンズ30の焦点位置をどのようにズラしているかを説明するための図であり、図20(a)は第1レンズ40の入射面42の主要な範囲を光源20側から見た図であり、図20(b)は焦点位置のズレが理解しやすいように示した図である。
つまり、第2レンズ30の出射面31から光を基本焦点SF側に向けて入射させたときに、副レンズ部40Bの入射面42eの左右中央側から基本焦点SF側に向かって出射する光の焦点位置のズレ量は0mmであるので基本焦点SFに一致している。
このため、第2レンズ30側から光を入射させるようにすると、入射面42eから出射する光は、入射面42eの左右中央側から左側ほど第2レンズ30の基本焦点SFに対して左側に照射される、つまり、入射面42eの左右中央側から左側ほど第2レンズ30の焦点位置が第2レンズ30の基本焦点SFに対して左側にズラされたようになっている。
図21は、配光像を上下方向に拡大するために、出射面41eが第2レンズ30側から見たときの第2レンズ30の焦点位置をどのようにズラしているかを説明するための図であり、図21(a)は第1レンズ40の入射面42の主要な範囲を光源20側から見た図であり、図21(b)は焦点位置のズレが理解しやすいように示した図である。
つまり、第2レンズ30の出射面31から光を基本焦点SF側に向けて入射させたときに、副レンズ部40Bの入射面42eの下側から基本焦点SF側に向かって出射する光の焦点位置のズレ量は0mmであるので、図21(b)に点線矢印で示すように、そこを通って基本焦点SF側に出射する光は、基本焦点SFに焦点位置が位置するようになっている。
このため、第2レンズ30側から光を入射させるようにすると、入射面42eから出射する光は、入射面42eの下側から上側に向かうほど第2レンズ30の基本焦点SFに対して下側に照射される、つまり、入射面42eの下側から上側に向かうほど第2レンズ30の焦点位置が第2レンズ30の基本焦点に対して下側にズラされたようになっており、この焦点位置のズレは、各入射面42eの位置に対応する出射面41eの形状によって実現されている。
なお、上下の関係は、図21(a)に示すように光源20側から見ても、第2レンズ30側から見ても同じである。
図22に示す配光像BOVHは、上述した焦点位置をズラす調整を行う前の状態であり、焦点位置をズラす調整を行うことで、配光像BOVHが左右上下に拡大されて図22の配光パターンAOVHの状態となる。
以下では、図23を参照しながら、この逆台形状の配光パターンROVHの状態にするための焦点位置をズラす構成について詳細に説明する。
また、図23に示す数値の単位はmmであり、第2レンズ30の基本焦点SFに対して第1レンズ40側となる前方側に焦点位置がズレる場合をプラスで表し、第1レンズ40から離れる後方側にズレる場合をマイナスで表している。
なお、この焦点位置をズラす調整は、これまでと同様に副レンズ部40Bの出射面41eの形状を調整することで実現される。
なお、配光パターンAOVHの下辺の左右外側を少し持ち上げる、つまり、左右外側は少し光が上方に照射されるようにすることで、より下辺を直線上に近づけることができる。
20 光源
20’ 仮想光源
21 発光チップ
21a 発光面
22 アルミ実装基板
30 第2レンズ
31 出射面
32 入射面
40 第1レンズ
40A 主レンズ部
40B 副レンズ部
40a 上側レンズ部
40b レンズ部分
41 出射面
41c 上側出射面
41d 出射面
41e 出射面
42 入射面
42a 上部入射面
42b 下部入射面
42c 上側入射面
42e 入射面
45 繋がり面
47 段差
50 シェード
51 上辺
52 開口
52a 上辺
52b 底辺
53 ひさし
C コーン
CP 基準点
L1 光線
L2 光線
LC ライトコーン
LO 光線
LP 配光パターン
MP 配光部分
MP’ 配光部分
PF 第1レンズの基本焦点
SF 第2レンズの基本焦点
X 水平方向軸
Y 鉛直方向軸
Z 光源光軸
BOVH 配光像
AOVH 配光パターン
ROVH 配光パターン
101L、101R 車両用前照灯
102 車両
Claims (5)
- 半導体型の光源と、
前記光源の前方に配置される第2レンズと、
前記光源と前記第2レンズの間に配置され、自身の基本焦点に仮想光源を位置させたときに、その仮想光源からのライトコーンを前記第2レンズと前記第2レンズの基本焦点とを結ぶコーンに変換するとともに、水平方向外側の入射面に入射する前記仮想光源からの光を前記第2レンズの水平方向外側の入射面に入射させるように内向きに変換して照射するように形成されている第1レンズと、
前記第1レンズと前記光源の間に配置され、カットオフラインを形成するシェードと、を備え、
前記第1レンズは、
メイン配光用の主レンズ部と、
前記主レンズ部の下側に設けられ、メイン配光の上方に照射する配光パターン用の副レンズ部と、を有し、
前記シェードは、前記副レンズ部に前記光源からの光を入射させるために設けられた前記光源からの光を通過させる開口を有し、
前記開口は、前記第1レンズの前記主レンズ部と前記副レンズ部との境目に前記光源からの光が照射されない位置に位置するように前記シェードに設けられていることを特徴とする車両用灯具。 - 前記開口は、前記開口の上辺が左右中央側から左右外側に向かって下側に下がる略円弧状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
- 前記シェードは、前記開口の上辺から前記第1レンズ側に向かって所定の角度で下方に傾斜するように設けられるひさしを有し、
前記ひさしは、前記開口の上辺の左右中央側から左右外側の所定の範囲に設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用灯具。 - 前記副レンズ部の出射面は、前記副レンズ部の入射面に入射した前記光源からの光が形成する配光像を左右上下方向に拡大するとともに、車両前方の上方に照射される配光パターンが逆台形状となるように、前記第2レンズ側から見たときに、前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対してズラすように形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の車両用灯具。
- 前記副レンズ部の前記入射面に入射した前記光源からの光が形成する配光像を左右上下方向に拡大するために、前記第2レンズ側から見たときに、前記副レンズ部の前記出射面は、
水平方向において、前記副レンズ部の左右中央側から左側の前記入射面に対応する前記出射面ほど前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対して左側にズラし、前記副レンズ部の左右中央側から右側の前記入射面に対応する前記出射面ほど前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対して右側にズラし、
鉛直方向において、前記副レンズ部の下側の前記入射面に対応する前記出射面から上側の前記入射面に対応する前記出射面に向かって上側の前記入射面に対応する前記出射面ほど前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対して下側にズラす基本形状とされており、
さらに、その基本形状に対して、車両前方の上方に照射される配光パターンが逆台形状となるように、前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対して前後方向にズラすように形成されており、
前記副レンズ部の前記出射面は、車両前方の上方に照射される配光パターンが逆台形状となるように、前記第2レンズ側から見たときに、前記副レンズ部の左右中央の下側の前記入射面に対応する前記出射面が前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対して前記第1レンズ側となる前方側にズラし、前記副レンズ部の左右中央の下側の前記入射面を基準に、上側、左右斜め上側及び左右外側に向かう前記入射面に対応する前記出射面ほど前記第2レンズの焦点位置を前記第2レンズの基本焦点に対して前記第1レンズから離れる後方側にズラすとともに、左右外側の前記入射面に対応する前記出射面が上側及び左右斜め上側の前記入射面に対応する前記出射面よりもズラし量が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項4に記載の車両用灯具。
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