JP6746896B2 - 車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は車両用灯具に関するものである。
従来、車両前後方向に延びる光軸上に配置され、出射面と、前記出射面から出射する光が入射する入射面と、前記入射面に対向して配置された基準点と、を含む投影レンズと、前記基準点又はその近傍に配置され、前記入射面から前記投影レンズ内部へ入射し、前記出射面から出射して前方へ照射される白色光を放出する光源と、を備えた車両用前照灯において、前記光源は、少なくとも第1色の光と第2色の光との混色による白色光を放出する光源であって、前記光軸方向へ向かう白色光は前記第1の光の割合が相対的に多く、前記光軸に対する角度がより大きい方向へ向かう白色光は前記第1の色の光の割合が相対的に少なく前記第2の色の光の割合が相対的に多い光源であり、前記出射面及び/又は前記入射面は、前記入射面から前記投影レンズ内部へ入射し、前記出射面から出射して前方へ照射される前記基準点からの光のうち、前記入射面への入射位置が前記光軸上又はその近傍の第1位置である光を、前記光軸と平行ではない方向へ制御し、前記入射面への入射位置が前記光軸から離れた第2位置である光を、前記光軸と平行の方向へ制御し、かつ、前記入射面への入射位置が前記第1位置と前記第2位置との間の光を、前記入射面への入射位置が前記第1位置から前記第2位置へ向かうに従って徐々に前記光軸と平行の方向へ近づくように制御する形状とされていることを特徴とする車両用前照灯が知られている(特許文献1参照)。
そして、特許文献1では、上記のような構成とし、入射面への入射位置が光軸上(又はその近傍)の第1位置である光を、光軸と平行ではない方向へ制御し、入射面への入射位置が光軸から離れた第2位置である光を、光軸と平行の方向へ制御し、かつ、入射面への入射位置が第1位置と第2位置との間の光を、入射面への入射位置が第1位置から第2位置へ向かうに従って徐々に光軸と平行の方向へ近づくように制御するように、投影レンズの出射面及び/又は入射面の形状を設計したことにより、所定配光パターン(例えば、ハイビーム用配光パターン)の色度を、部分的に見ても法規(例えば、JIS「D5500」)が定める白色範囲内とすることが可能となることが開示されている。
なお、特許文献1には、ロービーム用の場合についても記載されている。
特開2014―164876号公報
ところで、拡散配光パターンと集光配光パターンとを個別に形成し、それらを多重することでロービーム配光パターンを形成する車両用灯具があり、そのような車両用灯具では、拡散配光パターンを形成するための構成や集光配光パターンを形成するための構成をコンパクト化することで車両用灯具の小型化を行うことが望まれるようになっている。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、拡散配光パターンを形成するための構成のコンパクト化が行え、小型化が可能な車両用灯具を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために以下の構成によって把握される。
(1)本発明の車両用灯具は、半導体型の光源と、前記光源の前方側に配置され、中央よりも水平方向外側で前記光源側に向かって出っ張る2つの凸状部分が中央側で繋がり、中央側に内側に凹む部分が形成された入射面及び前記入射面から入射した光を車両前方側に照射する出射面を有する第2レンズと、前記光源と前記第2レンズとの間に配置され、前記光源からの光の広がりを前記第2レンズの前記入射面に入射する広がりに変換するとともに、車両前方側に照射される拡散配光パターンを車両水平方向外側に拡げるように、前記光源からの光を前記第2レンズに照射する第1レンズと、を備え、前記第2レンズの前記入射面の前記凹む部分が、前記拡散配光パターンのほぼ全体の形状を形成するように配光制御する面形状に形成されており、前記第2レンズの前記入射面の水平方向の外側部分が、前記拡散配光パターンの水平方向の中央側の高光度帯を形成するように配光制御する面形状に形成されている。
(2)上記(1)の構成において、前記拡散配光パターンのほぼ全体の形状を形成するように配光制御する前記凹む部分は、第2レンズの2つの前記凸状部分の最も光源側に出っ張る位置よりも中央側に位置する部分であり、前記第2レンズの前記凹む部分の水平方向外側から前記外側部分の水平方向内側に至る中間部分は、前記凹む部分側の入射面が前記拡散配光パターン中の外側へ光を照射し、前記外側部分側の入射面では前記高光度帯外側近傍へ光を照射するように前記凹む部分側から前記外側部分側に向かってクロス配光制御する入射面形状に形成されている。
(3)上記(2)の構成において、前記中間部分は、前記凸状部分の変曲点を跨いでおり、前記第2レンズの前記外側部分は、前記凸状部分の変曲点よりも外側である。
(4)上記(1)から(3)のいずれか1つの構成において、前記第2レンズの前記入射面の前記外側部分は、水平方向内側から外側へ向かって、順次、光源光軸よりも外側の高光度帯外側部分から光源光軸を跨いで反対側の高光度帯外側部分に光を照射するようにクロス配光制御する面形状に形成されている。
(5)上記(1)から(4)のいずれか1つの構成において、前記第2レンズの前記入射面は、前記第2レンズの鉛直方向中央側の前記出射面から照射する光を前記拡散配光パターンの下側に照射するように配光制御するとともに、前記第2レンズの鉛直方向上側及び下側の前記出射面から照射する光を前記拡散配光パターンの上側のカットオフライン側に照射するように配光制御する面形状に形成されている。
(6)上記(1)から(5)のいずれか1つの構成において、前記拡散配光パターンのほぼ全体の形状を形成するように配光制御する前記凹む部分は、前記光源から照射される光の水平方向での照射角度が光源光軸を基準にほぼ15°以内の光が前記第1レンズを介して照射される部分である。
(7)上記(1)から(6)のいずれか1つの構成において、前記第2レンズの前記外側部分は、前記光源から照射される光の水平方向での照射角度が光源光軸を基準にほぼ35°以上外側の光が前記第1レンズを介して照射される部分である。
(8)上記(1)から(6)のいずれか1つの構成において、前記第1レンズの出射面は、前記光源側から離れる側に突出した面形状に形成されており、前記第1レンズの前記出射面の前記光源側から離れる側に最も突出する部分が、前記拡散配光パターンの拡がり角度の大きい側に位置する。
(9)上記(8)の構成において、前記第1レンズの前記出射面は、前記第1レンズの前記出射面の前記光源側から離れる側に最も突出する部分を基準に、光源光軸側の方が光源光軸と反対側となる側よりも曲率が小さい形状に形成されている。
(10)上記(1)から(9)のいずれか1つの構成において、前記第1レンズの前記出射面は、前記第2レンズの前記出射面側から光を入射させたときに、前記第2レンズの基本焦点を原点として、光源光軸に対する水平方向の角度が約35°となる2つの線分で規定される領域内の前記第2レンズの焦点位置を、前記第1レンズの領域内の前記入射面の水平方向外側から前記入射面の中央側ほど、前記第2レンズの基本焦点に対して車両内側にズラす面形状に形成されている。
本発明によれば、拡散配光パターンを形成するための構成のコンパクト化が行え、小型化が可能な車両用灯具を提供することができる。
本発明に係る実施形態の車両用灯具を備えた車両の平面図である。 本発明に係る実施形態の灯具ユニットの要部を示す上面図である。 本発明に係る実施形態の灯具ユニットの最も基本的な基本構成を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の第2レンズの配光制御を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の第1レンズの出射面の形状を説明するための図であり、(a)は図2と同様の図であり、(b)は第1レンズの入射面の主要な範囲を模式的に示した図である。 本発明に係る実施形態の第1レンズによる配光制御を説明するための図であり、(a)は図4の上側の図の配光パターンLP1の部分に対応する配光パターンLP1’が形成されるところを示した図であり、(b)は図4の上側の図の配光パターンLP2の部分に対応する配光パターンLP2’が形成されるところを示した図であり、(c)は図4の上側の図の配光パターンLP3の部分に対応する配光パターンLP3’が形成されるところを示した図である。 本発明に係る実施形態の灯具ユニットのスクリーン上での拡散配光パターンを示す図である。 本発明に係る実施形態の灯具ユニットの鉛直方向での配光制御を説明するための図であり、(a)はスクリーン上での光源の配光像群を示した図であり、(b)は灯具ユニットの要部の側面図である。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」と称する)について詳細に説明する。実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。また、実施形態及び図中において、特に断りがない場合、「前」、「後」は、各々、車両の「前進方向」、「後進方向」を示し、「上」、「下」、「左」、「右」は、各々、車両に乗車する運転者から見た方向を示す。
本発明の実施形態に係る車両用灯具は、図1に示す車両102の前方の左右のそれぞれに設けられる車両用灯具(101R、101L)であり、以下では、主に左側の車両用灯具101Lについて説明し、右側の車両用灯具101Rについては異なる部分だけを説明することとする。
なお、以下では、左側の車両用灯具101Lを単に車両用灯具と呼ぶ場合がある。
本実施形態の車両用灯具は、車両前方側に開口したハウジング(図示せず)と開口を覆うようにハウジングに取付けられるアウターレンズ(図示せず)を備え、ハウジングとアウターレンズとで形成される灯室内にロービーム配光パターンの拡散配光パターンを形成する本実施形態に係る灯具ユニット10(図2参照)やその拡散配光パターンに多重される集光配光パターンを形成する灯具ユニットなどが配置されている。
(灯具ユニット)
図2は、灯具ユニット10の要部を上側から見た上面図である。
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との間に配置される第1レンズ40と、を備えている。
なお、図2において、光源20から出る多数の線は、光源20から照射される光の光線群の一部を示したものである。
図2では、図示していないが光源20はヒートシンク(図示省略)上に配置される。
また、図2では、第1レンズ40及び第2レンズ30は、配光制御を行うレンズ部分だけを示すようにしているが、実際には、第1レンズ40及び第2レンズ30は、左右両端に一体に設けられた図示しないフランジ部を有しており、そのフランジ部が図示しないレンズホルダに保持されて、レンズホルダを介して図示しないヒートシンクに取付けられるようになっている。
(基本構成の説明)
以下では、各部の構成などが理解しやすいように、図3に示す最も基本的な状態を参照しながら基本構成について説明し、その後、より詳細に第1レンズ40や第2レンズ30の配光制御などについての説明を行う。
(光源)
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。
ところで、メーカーによっては、発光チップ21の一部に欠けがある場合があり、このように一部に欠けがある場合には、その欠けのある部分が鉛直方向上側に位置するように配置するのが好適である。
このようにすることで、灯具ユニット10から前方に光が投影されるときに、この欠けの部分を下方に投影することができ、配光パターンの下方に逃がすようにすることで良好な配光パターンを形成することが可能となる。
(第1レンズの基本構成)
第1レンズ40の光源20からの光が入射する入射面41は、水平方向と鉛直方向の二軸によって織り成される複合二次曲面として形成され、本実施形態では、水平方向の軸及び鉛直方向の軸が共に緩やかに内側に湾曲する凹面状の入射面41になっている。
しかしながら、入射面41に関しては、水平方向の軸及び鉛直方向の軸が共に直線で規定される平面状の入射面であってもよく、水平方向の軸が直線で規定され、鉛直方向の軸が内側に湾曲した曲線で規定された内側に湾曲するような入射面であっても良い。
一方、第1レンズ40の出射面42は、入射した光が所定の出射パターンとして第2レンズ30側に照射されるように自由曲面で形成されており、具体的な出射面42の形状は、図2に示されるような形状とされるが、ここでは、そのような形状とする前の基本的な形状を示している。
なお、第1レンズ40の配光制御に関する内容については後述する。
第1レンズ40の焦点距離(後方焦点距離)は約5.5mmであり、第1レンズ40は、光源20の発光チップ21の発光中心に基本焦点PF(後方焦点)が位置するように配置されている。
なお、発光中心を通る前後方向の軸は、光源光軸Oであるので第1レンズ40の基本焦点PFは、光源光軸O上に位置している。
したがって、第1レンズ40は、光源20から約5.5mm前方の位置に配置されている。
このように、光源20に近い位置に位置する場合、光源20の発する熱で高温になりやすいため、第1レンズ40は、耐熱性に優れるポリカーボネート系樹脂、シリコン(SLR)、及びガラスなどで形成されることが好適であり、本実施形態では、第1レンズ40をポリカーボネート系樹脂で形成している。
(第2レンズの基本構成)
第2レンズ30は、出射面32側から見る正面視で、外形が矩形状であり、本実施形態では、光を出射する出射面32がほぼ平らな平面となるようになっているが、平面に限らず、デザインなどの要求に応じて自由に決めて良い。
一方、第2レンズ30の入射面31は、出射面32から車両前方側に照射される光が形成する配光パターンが所定の形状となるように、出射面32の状態に合わせた自由曲面で形成される。
本実施形態では、入射面31は、水平方向の中央(光源光軸O上の位置)よりも水平方向外側で光源20側に向かって出っ張る2つの凸状部分33、34が中央側で繋がり中央側において内側に凹む部分35が形成された形状になっている。
また、第2レンズ30の基本焦点SF(後方焦点)は、光源光軸O上に位置しているが、光源20よりもかなり後方側に位置し、具体的には、第1レンズ40の基本焦点PF(発光チップ21の発光中心)から約16mm後方側に位置している。
つまり、一般的な発光チップの発光中心に基本焦点SFを配置させる場合に比べ、第2レンズ30が、かなり光源20側に近づけて配置されており、このため灯具ユニット10としての前後方向のサイズがかなりコンパクト化できるようになっている。
一方、第2レンズ30は、光源20側に近づけているものの、第2レンズ30と光源20との間には、光源20が発する熱で第2レンズ30が高温になることが避けられる程度の距離があり、また、第1レンズ40が間に介在していることから、熱の影響を考慮する必要はないので、アクリル系樹脂などの熱に弱いものも好適に用いることができる。
ここで、一般に、同じ材料であっても波長が異なると屈折率が異なり、この屈折率の波長依存性が大きいと、分光が起こりやすく、配光パターンの一部に青色分光色が現れやすくなる。
このため、第2レンズ30に用いられる材料は、透明であれば、特に限定されるものではないが、屈折率の波長依存性の小さい材料にすることで分光の影響を小さくすることができるため、屈折率の波長依存性の小さいPMMAなどのアクリル系樹脂を用いるのが好適であり、本実施形態では、第2レンズ30をアクリル系樹脂で形成している。
ところで、図3に光源20からの光が第1レンズ40を介さずに前方側に照射された時の広がり範囲を点線で示しているが、これを見るとわかるように、第1レンズ40を設けていない場合には、第2レンズ30の入射面31に入射しない多くの光が存在することになることがわかる。
なお、この点線で示す光源20からの光線群の広がり状態をライトコーンLCと呼ぶ場合もある。
このような第2レンズ30に入射できない光が入射できるようにするためには、第2レンズ30の水平方向の幅を広げる必要があり、そうすると、水平方向でのコンパクト化ができなくなる。
そのため、本実施形態では、光源20と第2レンズ30との間に、第1レンズ40を配置することで、光源20からの光の広がりを第2レンズ30の入射面31に入射する広がりに変換するようにすることで水平方向のサイズもコンパクト化が可能な構成としている。
そこで、引き続き、以下で、この第1レンズ40の基本的な配光制御に関しての説明を行う。
図3に示すように、光源20から照射される光のうち、光源光軸Oを基準に水平方向の照射角度θ(約35°)以内の光が入射する第1レンズ40の入射面41に入射した光は、出射面42から第2レンズ30側に照射されるときに、ほぼ第2レンズ30と第2レンズ30の基本焦点SFを結ぶコーンCと同様の広がり状態として照射されるように出射面42が配光制御を行っている。
一方、光源光軸Oを基準に水平方向の照射角度θ(約35°)より大きい角度で光源20から照射されて第1レンズ40の入射面41に入射される光は、図示していないが出射面42のコーンCより外側に位置する外側出射面42aから第2レンズ30側に照射されることになる。
しかしながら、上述のように光の広がり状態をコーンCに合わせるようにしただけでは、この外側出射面42aから照射される光は、コーンCの外側に沿うように照射されるだけのため、入射面41よりも、水平方向外側に照射されることになる。
そこで、この外側出射面42aから照射される光については、より内向きに変換して第2レンズ30の水平方向外側の入射面31に入射できるように外側出射面42aは配光制御を行っている。
つまり、第1レンズ40の出射面42の基本的な面形状は、光源20からの光を第2レンズ30のコーンCに合わせるとともに、光源20からの水平方向の照射角度θが所定の角度(約35°)よりも大きい光については、内向きに変換し第2レンズ30の水平方向外側の入射面31に入射させる形状になっている。
そして、上述のようにして、第2レンズ30の入射面31から第2レンズ30に入射する光は、第2レンズ30の入射面31によって、第2レンズ30の出射面32から車両前方側に照射されるときに、所定の配光パターンを形成するように配光制御される。
そこで、次に、この第2レンズ30の基本的な配光制御についての説明を行う。
図4は、第2レンズ30の配光制御を説明するための図であり、下側に第2レンズ30とその第2レンズ30の入射面31に入射する第1レンズ40から照射された光線群と、第2レンズ30の出射面32から車両前方側に照射される光線群とを示し、上側に第2レンズ30から車両前方側に照射される光(光線群)が形成するスクリーン上での拡散配光パターンLPを示している。
なお、スクリーン上での拡散配光パターンLPを示す上側の図において、VU−VL線はスクリーン上での垂直線であり、HL−HR線はスクリーン上での水平線である。
以降でもスクリーン上での配光パターンを示す図においては、VU−VL線はスクリーン上での垂直線であり、HL−HR線はスクリーン上での水平線である。
図4に示すように、第2レンズ30の入射面31の2つの凸状部分33、34の最も光源20側に突出している変曲点となる位置よりも水平方向の中央側は内側に凹む部分35となっている。
そして、この凹む部分35で拡散配光パターンLPのほぼ全体形状となる配光パターンLP1が形成されるようになっている。
より具体的には、第1レンズ40の出射面42から照射される光のうち、両矢印(1)で示す中央側の光が入射する凹む部分35内の一部の部分(以下、凹む部分35内の部分と記載する場合がある)が拡散配光パターンLPのほぼ全体形状となる配光パターンLP1(上図参照)を形成する配光制御を行う部分になっている。
つまり、拡散配光パターンLPのほぼ全体形状となる配光パターンLP1は、凹む部分35のうちの凸状部分33、34の最も光源20側に出っ張る位置よりも中央側に位置する部分で配光制御された光で形成されている。
そして、入射面31の拡散配光パターンLPのほぼ全体形状となる配光パターンLP1を形成する凹む部分35内の部分は、光源光軸O側から水平方向の外側に入射し、水平方向(図左右方向)の外側の出射面32から照射される光ほど、外側に光を照射して配光パターンLP1の外側を形成するように、配光制御を行う面形状とされている。
このため、両矢印(1)で示す中央側の光が入射する入射面31の水平方向外側の部分が拡散配光パターンLPの水平方向外側の部分を主に形成している。
つまり、両矢印(1)で示す中央側の光が入射する入射面31の左外側の部分は拡散配光パターンLPの最も左外側の部分を主に形成しており、逆に右外側の部分は拡散配光パターンLPの最も右外側の部分を主に形成している。
そして、両矢印(1)で示す中央側の光の外側に隣接する両矢印(2)で示す範囲の光が入射する入射面31の中間部分は、先ほどの拡散配光パターンLPのほぼ全体形状となる配光パターンLP1に多重されることになる拡散配光パターンLPの外側近傍から中央に設けられる高光度帯(配光パターンLP3が位置する部分)の外側近傍までの配光パターンLP2を形成するように出射面32から光を照射させる配光制御を行っている。
具体的には、先ほどの拡散配光パターンLPのほぼ全体形状となる配光パターンLP1を形成する凹む部分35内の部分に隣接する入射面31の中間部分は、この部分に入射する光が出射面32から照射されるときに、光源光軸Oよりも中間部分側の拡散配光パターンLPの外側近傍に照射されるように配光制御している。
つまり、光源光軸Oよりも左側の中間部分の水平方向(図左右方向)中央側は、光源光軸O(VU−VL線)よりも左側の拡散配光パターンLPの外側近傍に光を照射するように配光制御しており、光源光軸Oよりも右側の中間部分の水平方向(図左右方向)中央側は、光源光軸O(VU−VL線)よりも右側の拡散配光パターンLPの外側近傍に光を照射するように配光制御している。
そして、入射面31の中間部分は、中間部分の外側に入射する光ほど出射面32から照射されるときに、光源光軸Oよりも中間部分側の拡散配光パターンLPの高光度帯(配光パターンLP3が位置する部分)の外側近傍に照射されるようにクロス配光制御を行う面形状とされている。
つまり、光源光軸Oよりも左側の中間部分は、外側(左側)に入射する光ほど出射面32から照射されるときに、光源光軸O(VU−VL線)よりも左側の拡散配光パターンLPの高光度帯(配光パターンLP3が位置する部分)の左外側近傍に照射されるようにクロス配光制御を行っており、光源光軸Oよりも右側の中間部分は、外側(右側)に入射する光ほど出射面32から照射されるときに、光源光軸O(VU−VL線)よりも右側の拡散配光パターンLPの高光度帯(配光パターンLP3が位置する部分)の右外側近傍に照射されるようにクロス配光制御を行っている。
さらに、両矢印(2)で示す範囲よりも外側の両矢印(3)で示す範囲の光が入射する入射面31の外側部分は、拡散配光パターンLPの高光度帯となる先ほどの拡散配光パターンLPの中央側の領域に多重される配光パターンLP3を主に形成するように出射面32から光を照射させる配光制御を行っている。
この外側部分は、高光度帯を形成するための配光パターンLP3を形成するため、外側部分となる入射面31の表面積を比較的広く取り、光量を確保する必要がある。
なお、外側部分は中間部分に続く部分であるため、中間部分をあまり外側まで形成すると外側部分とする入射面31の面積が確保できなくなるため、凸状部分33、34の変曲点を跨いでいる中間部分は、凸状部分33、34の変曲点に至るまでに、光の照射方向を内向きに変換するように配光制御が行われ、変曲点を少し超えたところで外側部分に繋がるようにされている。
入射面31の外側部分は、中間部分側に入射する光が出射面32から照射されるときに、光源光軸Oよりも外側部分側となる高光度帯外側部分に照射させるように配光制御を行っている。
つまり、光源光軸Oよりも左側の外側部分の水平方向(図左右方向)中央側は、光源光軸O(VU−VL線)よりも左側の高光度帯外側部分(配光パターンLP3の左外側部分)に光を照射するように配光制御しており、光源光軸Oよりも右側の外側部分の水平方向(図左右方向)中央側は、光源光軸O(VU−VL線)よりも右側の高光度帯外側部分(配光パターンLP3の右外側部分)に光を照射するように配光制御している。
そして、入射面31の外側部分は、中間部分側から外側部分外側に向かって、順次、光源光軸Oよりも外側部分側の高光度帯外側部分から光源光軸Oを跨いだ反対側の高光度帯外側部分に光を照射するようにクロス配光制御する面形状とされている。
なお、より正確には、入射面31の外側部分は、中間部分側から外側部分外側に向かって、順次、光源光軸Oよりも外側部分側の高光度帯外側部分から光源光軸Oを跨いだ反対側の高光度帯外側部分よりも外側に至るまで光を照射するようにクロス配光制御する面形状とされている。
しかしながら、光源光軸Oを跨いだ反対側の高光度帯外側部分を超えて外側に照射される光は光度が低いため、実質的には、光源光軸Oよりも外側部分側の高光度帯外側部分から光源光軸Oを跨いだ反対側の高光度帯外側部分を主に形成するものになっている。
つまり、光源光軸Oよりも左側の外側部分は、中間部分側から外側部分外側(左外側)に向かって、順次、光源光軸O(VU−VL線)よりも左側の高光度帯外側部分から光源光軸O(VU−VL線)を跨いだ反対側の右側の高光度帯外側部分に、主に光を照射するようにクロス配光制御しており、光源光軸Oよりも右側の外側部分は、中間部分側から外側部分外側(右外側)に向かって、順次、光源光軸O(VU−VL線)よりも右側の高光度帯外側部分から光源光軸O(VU−VL線)を跨いだ反対側の左側の高光度帯外側部分に、主に光を照射するようにクロス配光制御している。
以上ようにして形成される配光パターンLP1、LP2、LP3が多重されることでロービーム配光パターン用の拡散配光パターンLPが形成される。
ここで、図4の上側の拡散配光パターンLPを見るとわかるように、この拡散配光パターンLPは水平方向の幅がVU−VL線より左側と右側とで、ほぼ同じ幅を有するようになっている。
しかしながら、車両外側に拡散配光パターンLPを拡げるようにすることでより視認性の高い拡散配光パターンとすることができ、以下では、上述した第1レンズ40の基本構成を基準に、第1レンズ40の出射面42の形状を調整することで拡散配光パターンLPを車両外側に拡げることについて説明する。
図5は、車両外側に拡散配光パターンLPを拡げるようにするための第1レンズ40の出射面42の形状を説明するための図である。
図5(a)は図2と同様の図であり、図5(b)は第1レンズ40の入射面41の主要な範囲を模式的に示した図である。
図5(a)では、第2レンズ30の基本焦点SFから光源光軸Oを基準に、水平方向の角度が約±35°となる範囲を直線L1で示すようにしている。
そして、図5(b)の第1レンズ40の基本焦点PFを中心とする水平方向の中央側に位置する±35°として示される入射面41の範囲は、図5(a)の直線L1で挟まれる範囲を示したものになっている。
なお、以下では、説明の簡略化のため図5(b)の±35°として示される入射面41の範囲を入射面41の中央領域41aと呼ぶ場合がある。
また、この中央領域41aは、本実施形態では、第1レンズ40の基本焦点PFを原点として光源光軸Oに対する水平方向の角度(光の照射角度θ(図3参照))が約35°以内の範囲とも一致している。
本実施形態は、はじめに述べたとおり、左側の車両用灯具101L(図1参照)の場合を示しているので、図5(a)及び図5(b)において、左側が車両外側であり、右側が車両内側となっている。
そして、図5(b)に記載する数値は、第2レンズ30の出射面32側から第2レンズ30の基本焦点SFに向けて光を照射したときに、第1レンズ40の入射面41の各位置から第2レンズ30の基本焦点SF側に照射される光が基本焦点SFに対してどの程度、焦点位置がズレるのかを示したものであり、数値がプラスである場合は、基本焦点SFよりも車両内側(図右側)にズレることを示している(なお、数値の単位はmmである)。
図5(b)には、第1レンズ40の水平方向の中央の上側及び下側に+3.5mmの数値が示され、それらの間に点線の両矢印が示されているが、この点線の両矢印は、その数値の間も同様の数値であること、つまり、+3.5であることを示している。
つまり、第2レンズ30の出射面32側から光を入射させるようにしたときに、第1レンズ40の入射面41の水平方向の中央から第2レンズ30の基本焦点SFに向かって照射される光は、図5(a)の点線矢印T1に示すように、基本焦点SFよりも車両内側に3.5mm焦点位置がズレるようにしている。
一方、図5(b)には、中央領域41aの水平方向外側(左外側及び右外側)の上側及び下側に0の数値が示されている。
なお、それら上側及び下側の0間の点線の両矢印も先ほどと同様であり、その数値の間も同様の数値であること、つまり、0であることを示している。
したがって、第2レンズ30の出射面32側から光を入射させるようにしたときに、第1レンズ40の入射面41の中央領域41aの水平方向外側(左外側及び右外側)から第2レンズ30の基本焦点SFに向かって照射される光は、焦点位置がズレることなく、第2レンズ30の基本焦点SFに焦点位置が位置するようになっている。
そして、図5(b)の中央領域41aに示す水平方向外側から中央側に向かう太い矢印は、外側の数値と中央の数値の間を補完するように少しずつ数値が変化することを示したものである。
つまり、図5(b)の太い矢印は、中央領域41aの水平方向外側から中央側に向かって少しずつ数値がプラスで大きくなり、中央で最も大きい+3.5の数値になっていることを示すものである。
そして、このような焦点位置をズラす制御は、第1レンズ40の出射面42の面形状によって行われている。
したがって、第1レンズ40の出射面42は、第2レンズ30の出射面32側から光を入射させたときに、第2レンズ30の基本焦点SFを原点として、光源光軸Oに対する水平方向の角度が約35°となる2つの線分(図5(a)の直線L1参照)で規定される領域内の第2レンズ30の焦点位置を、第1レンズ40の中央領域41aの水平方向外側から入射面41の中央側ほど、第2レンズ30の基本焦点SFに対して車両内側にズラす面形状に形成されている。
そのため、図5(a)に示すように、光源20側から離れる側に突出した面形状である第1レンズ40の出射面42は、光源20側から離れる側に最も突出する部分が、光源光軸Oよりも拡散配光パターンLPを拡げる車両外側(図左側)、つまり、拡散配光パターンLPの拡がり角度の大きい側に位置させられており、第1レンズ40の出射面42の光源20側から離れる側に最も突出する部分を基準に、水平方向で車両内側となる光源光軸O側(図右側)の方が、水平方向で車両外側となる光源光軸Oと反対側となる側よりも曲率が小さい形状(緩やかな曲面形状)に形成されている。
そして、第1レンズ40の出射面42の面形状を上述したような形状とすると、図4の上図に示した拡散配光パターンLPが車両外側に拡大するように配光制御が行われることになる。
なお、上記では、左側の車両用灯具101L(図1参照)の場合の第1レンズ40について説明してきたが、右側の車両用灯具101Rの場合は、第1レンズ40の形状が光源光軸Oを基準に左右が逆転したものとなるだけであり、左側の車両用灯具101Lと右側の車両用灯具101Rとでは車両の内外(車両内側と車両外側)の関係も逆転するので上述の説明はそのまま右側の車両用灯具101Rの場合に適用できるものである。
以下、具体的に図6を参照しながら、配光制御の状態について説明する。
図6は、第1レンズ40による配光制御を説明するための図であり、図6(a)は図4の上側の図の配光パターンLP1の部分に対応する配光パターンLP1’が形成されるところを示した図であり、図6(b)は図4の上側の図の配光パターンLP2の部分に対応する配光パターンLP2’が形成されるところを示した図であり、図6(c)は図4の上側の図の配光パターンLP3の部分に対応する配光パターンLP3’が形成されるところを示した図であり、これまでと同様に各図において図左側が車両外側であり、図右側が車両内側である。
なお、図6(c)において配光パターンLP3’の範囲が高光度帯よりも少し広い範囲となっているが、上述したように、高光度帯より外側の部分は、光度が低いため、スクリーン上での左右10度前後の範囲(10Lから10R前後の範囲)が配光パターンLP3’の主な部分である。
また、図6では、下側に光源20から照射されて、第1レンズ40を介して第2レンズ30に入射した後に前方に照射される光の光線群の状態を示しており、上側に形成される配光パターンの状態を示している。
ただし、図では、光線群の一部を示しているだけで、実際には、図に示される光線と光線との間にも多数の光線が存在している。
図6(a)に示すように、光源20から照射される光のうち、光源光軸Oを基準に水平方向の照射角度が約15°以内の光については、第1レンズ40の出射面42から第2レンズ30側に照射されるときに、上述した出射面42の面形状とされていることで、車両外側に傾いて照射されるようになっている。
そして、その光が、基本構成のところで説明した第2レンズ30の凹む部分35内の拡散配光パターンLPのほぼ全体形状となる配光パターンLP1を形成する部分に第1レンズ40で制御された分の傾きを持った状態で入射する。
この結果、第2レンズ30の出射面32から前方側に照射される光が形成する配光パターンは、図4の配光パターンLP1よりも全体が車両外側にシフトするとともに、車両外側に位置する配光部分が車両外側に拡張された状態となる(上側の図の配光パターンLP1’参照)。
また、図6(b)に示すように、光源20から照射される光のうち、光源光軸Oを基準に、水平方向の照射角度が約15°から約35°以内となる光、つまり、図左側の水平方向の照射角度が約15°から約35°以内となる光、及び、図右側の水平方向の照射角度が約15°から約35°以内となる光については、図4を参照して前述したように、第2レンズ30の入射面31の中間部分に照射され、拡散配光パターンの外側から中央の高光度帯の外側となる範囲の配光パターンを形成する(上側の図の配光パターンLP2’参照)。
さらに、図6(c)に示すように、光源20から照射される光のうち、光源光軸Oを基準に、水平方向の照射角度が約35°より大きい照射角度となる光、つまり、図左側の水平方向の照射角度が約35°より大きい光、及び、図右側の水平方向の照射角度が約35°より大きい光については、図4を参照して前述したように、第2レンズ30の入射面31の外側部分に照射され、拡散配光パターンの高光度帯となる範囲の配光パターンを形成する(上側の図の配光パターンLP3’参照)。
なお、この高光度帯となる配光パターンLP3’は、第2レンズ30の車両外側(図左側)から出射する光が高光度帯となる部分を含む車両内側(図右側)の部分(10Lから20Rの範囲)を形成しており、第2レンズ30の車両内側(図右側)から出射する光が高光度帯となる部分を含む車両外側(図左側)の部分(20Lから10Rの範囲)を形成している。
但し、上述したように、高光度帯よりも外側となる10Lから20L及び10Rから20Rの範囲の光は、10Lから10Rの範囲の光に比べ、光度が低いため、配光パターンLP3’は、拡散配光パターンにおいて主に10Lから10Rの範囲の配光を形成するものになっている。
上述のようにして形成された配光パターン(図6(a)から(c)の配光パターンLP1’からLP3’参照)が多重されることで、拡張された図7に示す拡散配光パターンLP’が形成される。
そして、図4の拡散配光パターンLPと図7の拡散配光パターンLP’とを見比べるとわかるように、図7に示す拡散配光パターンLP’は車両外側の視認性が向上するように車両外側に拡大されたものになっている。
ここで、図6(c)を見るとわかるように、高光度帯を形成する図6(c)の配光パターンLP3’の主に光度の高い範囲(10Lから10Rの範囲)は、図4に示した高光度帯を形成する配光パターンLP3とほぼ同じ範囲であり、図4では図示を省略しているが、配光パターンLP3も高光度帯の少し外側まで光度の低い光が存在する配光パターンになっている。
つまり、この高光度帯を形成する配光パターンLP3’は、図4に示した高光度帯を形成する配光パターンLP3とほぼ同じ配光パターンになっている。
したがって、第1レンズ40による配光制御は、高光度帯が変わらないように維持することで、図4に示す拡散配光パターンLPの高光度帯とほぼ同じ光量を好適に確保するようにしつつ、拡散配光パターンLPのほぼ全体を形成する配光パターンLP1を車両外側に拡大するようにしている。
ところで、本実施形態の灯具ユニット10は、ロービーム配光パターンの拡散配光パターンを形成しているので、カットオフラインから下側に配光パターンが位置するように配光制御されており、この部分について、引き続き、図8を参照しながら説明を行う。
図8は、鉛直方向での配光制御を説明するための図であり、図8(a)はスクリーン上での光源20の配光像群を示した図であり、図8(b)は光源20、第1レンズ40及び第2レンズ30を横側から見た側面図である。
図8(a)を見るとわかるように、第1レンズ40及び第2レンズ30を介して照射される各配光像は基本的に、左側の方が右側よりも上側に位置するような左肩上がりの形状をしており、斜めカットオフラインを有する拡散配光パターンを形成するのに好適な形状をしている。
そして、図8(a)の数字の2で示す配光像は、図8(b)の数字の2で示す位置から照射された光が形成する配光像、つまり、第2レンズ30の出射面32の鉛直方向中央側から照射された配光像になっている。
同様に、図8(a)の数字の1及び3で示す配光像は、図8(b)の数字の1及び3で示す位置から照射された光が形成する配光像、つまり、第2レンズ30の出射面32の鉛直方向上側及び下側から照射された配光像になっており、この配光制御は入射面31によって行われている。
したがって、第2レンズ30の入射面31は、鉛直方向中央側の出射面32から車両前方側に照射する光を拡散配光パターンの下側に照射するように配光制御するとともに、鉛直方向上側及び下側の出射面32から車両前方側に照射する光を拡散配光パターンの上側のカットオフライン側に照射するように配光制御する面形状に形成されている。
第2レンズ30の鉛直方向中央側の入射面31は、仮想的な光源と見なせる第1レンズ40の出射面42との距離が近いので、例えば、第1レンズ40や第2レンズ30の組付け時の誤差で光の入射位置のズレが起こると、光の照射方向のズレが起きやすい。
このため、第2レンズ30の鉛直方向中央側の出射面32から車両前方側に照射する光を拡散配光パターンのカットオフライン側に配光制御すると、照射方向のズレが発生したときに、カットオフラインの上方に光を照射するおそれがあるが、上述のように拡散配光パターンの下側に照射するように配光制御しておけば、カットオフラインの上方に光を照射することを回避できるので、グレア光の発生を抑制することが可能である。
以上、具体的な実施形態を基に本発明の説明を行ってきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態では、拡散配光パターンとして斜めカットオフラインを有するものを示したが、地域によっては斜めカットオフラインを有していないカットオフラインの場合もあるので、斜めカットオフラインを有するものに限定されるものではない。
また、第2レンズ30に関しては、左右の車両用灯具101L、101Rで同じ形状とすることもできるが、第2レンズ30の入射面31の面形状を、左右の車両用灯具101L、101Rにより適したものとするために微調整してもよい。
つまり、左側の車両用灯具101Lに用いる第2レンズ30について、入射面31をより左側用に好適な面形状に微調整し、右側の車両用灯具101Rに用いる第2レンズ30について、入射面31をより右側用に好適な面形状に微調整してもよい。
このように、本発明は具体的な実施形態に限定されるものではなく、技術的思想を逸脱することのない変更や改良を行ったものも発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは当業者にとって特許請求の範囲の記載からである。
10 灯具ユニット
20 光源
21 発光チップ
22 基板
30 第2レンズ
31 入射面
32 出射面
33、34 凸状部分
35 凹む部分
40 第1レンズ
41 入射面
41a 中央領域
42 出射面
42a 外側出射面
C コーン
LC ライトコーン
PF 基本焦点
SF 基本焦点
O 光源光軸
LP、LP’ 拡散配光パターン
LP1、LP2、LP3 配光パターン
LP1’、LP2’、LP3’ 配光パターン
101L、101R 車両用照灯
102 車両

Claims (9)

  1. 半導体型の光源と、
    前記光源の前方側に配置され、中央よりも水平方向外側で前記光源側に向かって出っ張る2つの凸状部分が中央側で繋がり、中央側に内側に凹む部分が形成された入射面及び前記入射面から入射した光を車両前方側に照射する出射面を有する第2レンズと、
    前記光源と前記第2レンズとの間に配置され、前記光源からの光の広がりを前記第2レンズの前記入射面に入射する広がりに変換するとともに、車両前方側に照射される拡散配光パターンを車両水平方向外側に拡げるように、前記光源からの光を前記第2レンズに照射する第1レンズと、を備え、
    前記第2レンズの前記入射面の前記凹む部分が、2つの前記凸状部分の最も光源側に出っ張る位置よりも中央側に位置する部分であって、前記拡散配光パターンのほぼ全体の形状を形成するように配光制御する面形状に形成されており、
    前記第2レンズの前記入射面の水平方向の外側部分が、前記拡散配光パターンの水平方向の中央側の高光度帯を形成するように配光制御する面形状に形成されており、
    前記第2レンズの前記凹む部分の水平方向外側から前記外側部分の水平方向内側に至る中間部分は、前記凹む部分側の入射面が前記拡散配光パターン中の外側へ光を照射し、前記外側部分側の入射面では前記高光度帯外側近傍へ光を照射するように前記凹む部分側から前記外側部分側に向かってクロス配光制御する入射面形状に形成されていることを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記中間部分は、前記凸状部分の変曲点を跨いでおり、
    前記第2レンズの前記外側部分は、前記凸状部分の変曲点よりも外側であることを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
  3. 半導体型の光源と、
    前記光源の前方側に配置され、中央よりも水平方向外側で前記光源側に向かって出っ張る2つの凸状部分が中央側で繋がり、中央側に内側に凹む部分が形成された入射面及び前記入射面から入射した光を車両前方側に照射する出射面を有する第2レンズと、
    前記光源と前記第2レンズとの間に配置され、前記光源からの光の広がりを前記第2レンズの前記入射面に入射する広がりに変換するとともに、車両前方側に照射される拡散配光パターンを車両水平方向外側に拡げるように、前記光源からの光を前記第2レンズに照射する第1レンズと、を備え、
    前記第2レンズの前記入射面の前記凹む部分が、前記拡散配光パターンのほぼ全体の形状を形成するように配光制御する面形状に形成されており、
    前記第2レンズの前記入射面の水平方向の外側部分が、前記拡散配光パターンの水平方向の中央側の高光度帯を形成するように配光制御する面形状に形成されており、
    前記第2レンズの前記入射面の前記外側部分は、水平方向内側から外側へ向かって、順次、光源光軸よりも外側の高光度帯外側部分から光源光軸を跨いで反対側の高光度帯外側部分に光を照射するようにクロス配光制御する面形状に形成されていることを特徴とする車両用灯具。
  4. 半導体型の光源と、
    前記光源の前方側に配置され、中央よりも水平方向外側で前記光源側に向かって出っ張る2つの凸状部分が中央側で繋がり、中央側に内側に凹む部分が形成された入射面及び前記入射面から入射した光を車両前方側に照射する出射面を有する第2レンズと、
    前記光源と前記第2レンズとの間に配置され、前記光源からの光の広がりを前記第2レンズの前記入射面に入射する広がりに変換するとともに、車両前方側に照射される拡散配光パターンを車両水平方向外側に拡げるように、前記光源からの光を前記第2レンズに照射する第1レンズと、を備え、
    前記第2レンズの前記入射面の前記凹む部分が、前記拡散配光パターンのほぼ全体の形状を形成するように配光制御する面形状に形成されており、
    前記第2レンズの前記入射面の水平方向の外側部分が、前記拡散配光パターンの水平方向の中央側の高光度帯を形成するように配光制御する面形状に形成されており、
    前記第2レンズの前記入射面は、前記第2レンズの鉛直方向中央側の前記出射面から照射する光を前記拡散配光パターンの下側に照射するように配光制御するとともに、前記第2レンズの鉛直方向上側及び下側の前記出射面から照射する光を前記拡散配光パターンの上側のカットオフライン側に照射するように配光制御する面形状に形成されていることを特徴とする車両用灯具。
  5. 前記拡散配光パターンのほぼ全体の形状を形成するように配光制御する前記凹む部分は、前記光源から照射される光の水平方向での照射角度が光源光軸を基準にほぼ15°以内の光が前記第1レンズを介して照射される部分であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の車両用灯具。
  6. 前記第2レンズの前記外側部分は、前記光源から照射される光の水平方向での照射角度が光源光軸を基準にほぼ35°以上外側の光が前記第1レンズを介して照射される部分であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の車両用灯具。
  7. 半導体型の光源と、
    前記光源の前方側に配置され、中央よりも水平方向外側で前記光源側に向かって出っ張る2つの凸状部分が中央側で繋がり、中央側に内側に凹む部分が形成された入射面及び前記入射面から入射した光を車両前方側に照射する出射面を有する第2レンズと、
    前記光源と前記第2レンズとの間に配置され、前記光源からの光の広がりを前記第2レンズの前記入射面に入射する広がりに変換するとともに、車両前方側に照射される拡散配光パターンを車両水平方向外側に拡げるように、前記光源からの光を前記第2レンズに照射する第1レンズと、を備え、
    前記第2レンズの前記入射面の前記凹む部分が、前記拡散配光パターンのほぼ全体の形状を形成するように配光制御する面形状に形成されており、
    前記第2レンズの前記入射面の水平方向の外側部分が、前記拡散配光パターンの水平方向の中央側の高光度帯を形成するように配光制御する面形状に形成されており、
    前記第1レンズの出射面は、前記光源側から離れる側に突出した面形状に形成されてお
    り、
    前記第1レンズの前記出射面の前記光源側から離れる側に最も突出する部分が、前記拡散配光パターンの拡がり角度の大きい側に位置することを特徴とする車両用灯具。
  8. 前記第1レンズの前記出射面は、前記第1レンズの前記出射面の前記光源側から離れる側に最も突出する部分を基準に、光源光軸側の方が光源光軸と反対側となる側よりも曲率が小さい形状に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の車両用灯具。
  9. 半導体型の光源と、
    前記光源の前方側に配置され、中央よりも水平方向外側で前記光源側に向かって出っ張る2つの凸状部分が中央側で繋がり、中央側に内側に凹む部分が形成された入射面及び前記入射面から入射した光を車両前方側に照射する出射面を有する第2レンズと、
    前記光源と前記第2レンズとの間に配置され、前記光源からの光の広がりを前記第2レンズの前記入射面に入射する広がりに変換するとともに、車両前方側に照射される拡散配光パターンを車両水平方向外側に拡げるように、前記光源からの光を前記第2レンズに照射する第1レンズと、を備え、
    前記第2レンズの前記入射面の前記凹む部分が、前記拡散配光パターンのほぼ全体の形状を形成するように配光制御する面形状に形成されており、
    前記第2レンズの前記入射面の水平方向の外側部分が、前記拡散配光パターンの水平方向の中央側の高光度帯を形成するように配光制御する面形状に形成されており、
    前記第1レンズの前記出射面は、前記第2レンズの前記出射面側から光を入射させたときに、前記第2レンズの基本焦点を原点として、光源光軸に対する水平方向の角度が約35°となる2つの線分で規定される領域内の前記第2レンズの焦点位置を、前記第1レンズの領域内の前記入射面の水平方向外側から前記入射面の中央側ほど、前記第2レンズの基本焦点に対して車両内側にズラす面形状に形成されていることを特徴とする車両用灯具
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