JP6823439B2 - 回り込み導光部を備えたレンズおよび車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、入射光を内面反射させてレンズ正面から出射させるレンズ、および該レンズを用いた車両用灯具に関する。

従来、入射光をレンズの背面で内面反射させ、レンズの中央領域に集めて、レンズ正面から出射させる技術が知られている。例えば、特許文献１には、半導体発光素子をレンズで前方から覆い、レンズの中心領域に直射部を設け、直射部から入射光を灯具前方へ直接出射させ、直射部の外側においてレンズの背面に内面反射部を形成し、内面反射部からの反射光を平行光として灯具前方へ出射させる車両用灯具が記載されている。

特開２００５−２０３１１１号公報

ところが、従来のレンズによると、内面反射光を中央領域に集めて出射しているため、光束の利用効率を高めることができる反面、周辺領域への光量が不足するという課題がある。このため、車両用灯具において、光源からの光を灯具前方に加えて灯具側方にも配光しようとすると、リフレクタなどレンズとは別の光学部品を使用する必要があった。

そこで、本発明の目的は、別の光学部品を使用することなく、入射光をレンズ正面側に加えてレンズ背面側にも導くことができるレンズ、および、該レンズをインナーレンズとして使用し、半導体発光素子からの入射光を灯具前方に加えて灯具側方にも配光することができる車両用灯具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のレンズは、入射光の一部を内面反射させてレンズ正面から出射する本体部と、本体部の外縁からレンズ背面側に延びる導光部とを備え、本体部が、内面反射した光の一部を導光部側に回り込ませる第１光学要素を含むことを特徴とする。

ここで、第１光学要素は、特定の形状に限定されないが、例えば、入射光の一部を内面で全反射させて導光部側に回り込ませる三角プリズムを含む。そして、導光部に回り込んだ光は、レンズの用途に応じ、例えば、導光部の先端からレンズ後方へ出射させたり、導光部の側面からレンズ側方へ出射させたりすることができる。

本発明の好ましい実施形態では、導光部が本体部から回り込んだ光の少なくとも一部をその導光部からレンズ側方へ出射させる第２光学要素を含む。第２光学要素は、特定の形状に限定されないが、例えば、導光部の先端に形成された全反射面と、この全反射面で全反射した光をレンズ側方へ全反射させるステップとを含む。

本発明の車両用灯具は、半導体発光素子と、半導体発光素子からの光を入射する入射面を備えたインナーレンズと、インナーレンズを灯具外側から覆うアウターレンズとを備え、インナーレンズとして導光部を備えたレンズが使用され、導光部がアウターレンズに沿って形成されることを特徴とする。

ここで、インナーレンズおよびアウターレンズの形状は、特定の形状に限定されず、車両用灯具の取付位置や機能に応じて適宜に選択できる。本発明の一実施形態では、インナーレンズの本体部が正面視で矩形に形成され、インナーレンズの導光部が矩形の一辺から垂直方向に延出するように形成される。

また、入射光の一部が本体部から導光部に回り込むことによって本体部が暗くならないように、インナーレンズの本体部に、入射面から入射した光の一部を透過させてレンズ正面から出射する直射部を設けるのが望ましい。この場合、直射部を正面視で矩形に形成することができる。

本発明のレンズによれば、入射光の一部を本体部から導光部側に回り込ませるように構成したので、一つのレンズで入射光を正面側に加えて背面側にも導くことができるという効果がある。また、本発明の車両用灯具によれば、導光部を備えたレンズをインナーレンズとして使用するので、半導体発光素子からの入射光を灯具前方に加えて灯具側方にも配光することができるという効果がある。

本発明による車両用灯具の一実施形態を示す自動車の斜視図である。 図１の車両用灯具を分解した状態で示す斜視図である。 図２の車両用灯具を組み付けた状態で示す正面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 インナーレンズの光学作用を示す図５のＣ部拡大図である。 本発明の別の実施形態を示す車両用灯具の正面図である。 厚肉インナーレンズを示す図７のＤ−Ｄ線断面図である。 薄肉インナーレンズを示す図７のＤ−Ｄ線断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示す車両用灯具１１は、車体２の後部に取り付けられたテール＆ストップランプであって、アウターレンズ１２の内側にインナーレンズ１３を備え、インナーレンズ１３の光学作用によって自動車１の後方のみならず側方も照明できるように構成されている。

図２に示すように、車両用灯具１１のハウジング１４には灯室１５と開口部１６が形成され、灯室１５にインナーレンズ１３が収められ、開口部１６がアウターレンズ１２により塞がれる。灯具ハウジング１４の垂直壁１７には光源ユニット１８が装着され、光源ユニット１８の前面に半導体発光素子としてＬＥＤ１９が灯室１５に臨むように設けられている。

インナーレンズ１３は、ＬＥＤ１９から入射した光の一部をレンズ正面から灯具前方（車体後方）へ出射する本体部２１と、入射光の別の一部をレンズ側面から灯具側方（車体側方）へ出射する導光部２２とを備えている。本体部２１および導光部２２は、透明材料で一体に成形され、透明なアウターレンズ１２によって灯具外側から覆われている。

図３、図５に示すように、本体部２１はレンズ正面から視て矩形に、レンズ平面から視て左右非対称に形成されている。導光部２２は、本体部２１の左辺（矩形の一辺）からレンズ背面側の垂直面内に延出するように形成され、灯具ハウジング１４に、導光部２２の先端部分が挿入されるスリット２３が設けられている。

図４、図５に示すように、本体部２１には、ＬＥＤ１９の光軸上に半円筒形の直射部２４が含まれている。直射部２４の背面はＬＥＤ１９からの光を入射する入射面２５となっていて、直射部２４の前面に複数の縦長ステップ２６が設けられている。そして、直射部２４が入射面２５から入射した光の一部を透過させ、その前面から平行光として灯具前方へ出射するようになっている。

なお、この実施形態のインナーレンズ１３では、直射部２４が本体部２１の幅方向中央よりも左側に偏倚した位置において正面視縦長の矩形に形成されている（図３参照）。また、直射部２４から拡散光が出射されるように、入射面２５には横長の微小ステップ２８が縦方向に多数形成されている（図４参照）。

図２、図５に示すように、直射部２４の左右両側において、本体部２１の背面には複数の全反射面２９が形成されるとともに、本体部２１の正面に複数の段付きの出射面３０が形成されている。そして、本体部２１は、入射面２５の左右両側部から入射した光を全反射面２９でレンズ正面側に内面反射させ、内面反射した光を出射面３０から灯具前方へ出射するように構成されている。

図５、図６に示すように、出射面３０のうち、車幅方向外側（直射部２４の左側）の出射面３０Ｌは、車幅方向内側（直射部２４の右側）の出射面３０Ｒよりも小さな面積で形成されている。インナーレンズ１３の導光部２２は、出射面３０Ｌ側において、本体部２１の外縁、つまり車幅方向外側の縁からアウターレンズ１２に沿ってレンズ背面側に延びるように形成されている。

本体部２１の外縁には、三角プリズム３１がレンズ正面側へ突出するように形成されている。三角プリズム３１は、所定の角度で相対する一対の全反射面３２（図６参照）を備え、両方の全反射面３２が本体部２１側の全反射面２９で内面反射した光の一部を導光部２２側に回り込ませる第１光学要素として機能するようになっている。

一方、導光部２２には、本体部２１から回り込んだ光を導光部２２からインナーレンズ１３の側方へ出射させる第２光学要素が設けられている。この実施形態の第２光学要素には、導光部２２の先端に面取り形成された複数の全反射面３３と、導光部２２の内側面に縦方向に刻設された複数の内側面ステップ３４とが含まれている。

そして、第２光学要素は、図６に示すように、導光部２２の基端から先端に向かう光を全反射面３３で全反射させ、全反射面３３で反射した光を内側面ステップ３４でインナーレンズ１３の側方に向けて全反射させ、アウターレンズ１２を透過させて車体２の側方へ出射するようになっている。

上記構成の車両用灯具１１において、ＬＥＤ１９の発光は、図５に示すように、インナーレンズ１３の入射面２５から直射部２４に入射し、入射光の一部が直射部２４の前面から平行光としてレンズ正面側に出射される。また、入射光の別の一部は、直射部２４の左右両側から本体部２１に進入し、全反射面２９でレンズ正面側へ反射され、出射面３０Ｌ，３０Ｒから平行光としてレンズ正面側に出射される。したがって、直射部２４を含む本体部２１により入射光の大部分をレンズ中央領域に集め、灯具前方を明るく照明することができる。

一方、入射面２５から車幅方向外側の本体部２１に入射した光の一部は、図６に示すように、三角プリズム３１の全反射面３２で全反射し、本体部２１の外縁から導光部３２側に回り込み、導光部２２の先端全反射面３３で全反射したのち、内側面ステップ３４からレンズ側方に向けて出射される。したがって、この実施形態の車両用灯具１１によれば、一つのインナーレンズ１３でＬＥＤ１９からの入射光を灯具前方に加えて灯具側方にも配光でき、例えば、テール＆ストップランプとして自動車１の後方および側方を同時に照明することができる。

なお、本発明の車両用灯具１１は、テール＆ストップランプに限定されず、例えば、ヘッドランプ、ターンシグナルランプ、クリアランスランプなど、２方向への配光機能を備えた各種車両用灯具に適用することもできる。また、インナーレンズ１３の第１および第２光学要素の形状を適宜に変更するなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の形状や構成を任意に変更して実施することも可能である。

図７〜図９は、本発明の別の実施形態を示す。図７に示す車両用灯具１１では、ソケット型光源ユニット１１８の端面に複数のＬＥＤチップ１１９が配設されている。インナーレンズ１１３は、前記実施形態と同様に、正面視矩形の本体部１２１と、レンズ背面側へ延出する導光部１２２を備え、本体部１２１に縦長矩形の直射部１２４が設けられ、直射部１２４の前面に縦長ステップ１２６が形成され、直射部１２４の背面が入射面１２５（図８，９参照）となっている。なお、入射面１２５の横長ステップ１２８は、図３のインナーレンズ１３とは異なり、ＬＥＤチップ１１９から離れるほど徐々に短くなるように形成されている。

図８、図９は共に図７のＤ−Ｄ線に沿ってインナーレンズ１１３の横断面形状を示すが、図８のインナーレンズ１１３Ａは全体的に厚肉に成形され、図９のインナーレンズ１１３Ｂは全体的に薄肉に成形されている。そして、何れのインナーレンズ１１３Ａ，１１３Ｂも、前記実施形態と同様に、ＬＥＤチップ１１９からの入射光の一部が直射部１２４の前面から平行光として出射され、入射光の別の一部が本体部１２１の全反射面１２９で反射し、出射面１３０Ｌ，１３０Ｒから平行光としてレンズ正面側に出射されるとともに、車幅方向外側の本体部１２１に入射した光の一部が三角プリズム１３１によって導光部１２２側に回り込み、全反射面１３３と内側面ステップ１３４を介してレンズ側方に出射されるようになっている。

ところで、図８のインナーレンズ１１３Ａによれば、レンズ全体が厚く形成されているため、本体部１２１の左右に入射した光の大部分を全反射面１２９に導き、その反射光を出射面１３０Ｌ，１３０Ｒからレンズ前方へ効率よく出射させることができる。反面、インナーレンズ１１３Ａの質量が増加するため、材料費が高くつくうえ、車体振動に伴ってインナーレンズ１１３Ａとソケット型光源ユニット１１８の間に相対的な位置ずれを生じやすくなる。

一方、図９のインナーレンズ１１３Ｂは、全体を薄くするために、入射光の一部がレンズ内側の空気層を通過したのちに本体部１２１の先端側に再入射するように構成されている。この構成によれば、レンズ全体の質量を軽くし、材料費を節減でき、かつレンズ１１３Ｂと光源ユニット１１８の相対的な位置ずれを抑えることができる。反面、全反射面１２９に導かれる光量が減少するため、厚肉のインナーレンズ１１３Ａと比較し、光の利用効率が低下する。しかし、本体部１２１の基端部側では十分な光量が確保されているため、直射部１２４を含む本体部１２１の中央部分を明るく発光させることができる。

なお、通常、ソケット型の光源ユニット１１８はパッキン部材１１２を介して灯具ハウジング１４に取り付けられる一方、インナーレンズ１１３が光源ユニット１１８とは別個の取付部材で灯具ハウジング１４に取り付けられる。このため、ソケット型光源ユニット１１８は、インナーレンズに固着された光源ユニット（例えば特許文献１）と比較し、インナーレンズ１１３との間に相対的な位置ずれを生じやすい。したがって、ソケット型光源ユニット１１８が用いられる車両用灯具では、配光パターンを安定させるために、軽量な薄肉インナーレンズ１１３Ｂを使用するのが望ましい。

１１ 車両用灯具
１２ アウターレンズ
１３ インナーレンズ
１４ 灯具ハウジング
１９ ＬＥＤ
２１ 本体部
２２ 導光部
２４ 直射部
２５ 入射面
２９ 本体部の全反射面
３０ 出射面
３１ 三角プリズム
３３ 導光部の全反射面
３４ 導光部の内側面ステップ
１１３ インナーレンズ
１１８ ソケット型光源ユニット

Claims (4)

1. 入射光の一部を内面反射させてレンズ正面から出射する本体部と、本体部の外縁からレンズ背面側に延びる導光部とを備え、
   前記本体部が、内面反射した光の一部を前記導光部側に回り込ませる第１光学要素を含み、
   前記導光部が、本体部から回り込んだ光の少なくとも一部を該導光部からレンズ側方へ出射させる第２光学要素を含み、
   前記第２光学要素が、導光部の先端に形成された全反射面と、該全反射面で全反射した光をレンズ側方へ全反射させるステップとを含むことを特徴とするレンズ。
2. 半導体発光素子と、半導体発光素子からの光を入射する入射面を備えたインナーレンズと、該インナーレンズを灯具外側から覆うアウターレンズとを備え、前記インナーレンズに請求項１に記載のレンズが使用され、該レンズの導光部がアウターレンズに沿って形成されていることを特徴とする車両用灯具。
3. 前記インナーレンズの本体部が正面視で矩形に形成され、インナーレンズの導光部が前記矩形の一辺から前記レンズ背面側の垂直面内に延出するように形成される請求項２記載の車両用灯具。
4. 前記インナーレンズの本体部が、前記入射面から入射した光の一部を透過させてレンズ正面から出射する直射部を含み、該直射部が正面視で矩形に形成される請求項２又は３記載の車両用灯具。

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