JP7151152B2 - 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、道路の幅方向である第1方向に長く、道路の幅方向及び光源の出射軸の双方に直交する方向である第2方向に短い描画パターンを第2方向に沿って道路上の複数箇所に描画するように、それぞれの描画パターンに対応する複数の光源が配列され、それぞれの光源が独立して点消灯可能に形成された光源モジュールと、光源からの出射光を車両の前方に出射する光学系と、を備えた、路面描画用灯具ユニットが知られている(特許文献1参照)。
特開2016-107761号公報
ところで、歩行者に対して警告や歩行優先の合図等を知らせる照射パターンを路面等に投影する場合や運転者に歩行者の存在を知らせる照射パターンを路面等に投影する場合、その照射パターンが明確であることが望まれる。
一方、レンズ等を介して照射パターンを路面等に投影すると、色収差の影響で照射パターンの外周が青色にぼやけて照射パターンの明確さが低下する場合がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、色収差の影響を抑制し、照射パターンの明確さを高めた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、光源と、前記光源からの直射光を前方側に照射する色収差を補正する収差補正レンズ部と、を備え、前記収差補正レンズ部は、前記光源側に位置する第1レンズと、前記第1レンズの前方側に位置する第2レンズと、を備え、前記収差補正レンズ部は、前記収差補正レンズ部の光軸側から径方向外側に向かって、前方側から平行に入射する白色光の赤色、緑色、及び、青色の成分が前記光軸と交差する点を前後方向に振動させる振動制御を行う。
(2)上記(1)の構成において、前記収差補正レンズ部は、前記光軸上に位置し、前記収差補正レンズ部の全体として見たときの前記赤色の成分の基準後方焦点である第1基準焦点と、前記第1基準焦点と異なる前記光軸上に位置し、前記収差補正レンズ部の全体として見たときの前記緑色の成分の基準後方焦点である第2基準焦点と、前記第1基準焦点及び前記第2基準焦点と異なる前記光軸上に位置し、前記収差補正レンズ部の全体として見たときの前記青色の成分の基準後方焦点である第3基準焦点と、を有し、前記振動制御は、前記光軸側から前記収差補正レンズ部の径方向外側を通過する光ほど、前記第1基準焦点を起点として、前記光軸と前記赤色の成分の交点を、少なくとも前方、後方、前方に振動させる制御と、前記光軸側から前記収差補正レンズ部の径方向外側を通過する光ほど、前記第2基準焦点を起点として、前記光軸と前記緑色の成分の交点を、少なくとも前方、後方、前方に振動させる制御と、前記光軸側から前記収差補正レンズ部の径方向外側を通過する光ほど、前記第3基準焦点を起点として、前記光軸と前記青色の成分の交点を、少なくとも前方、後方、前方に振動させる制御と、を含み、前記光源が前記第2基準焦点よりも後方側の前記光軸上に配置されている。
(3)上記(2)の構成において、前記第1基準焦点が前記第2基準焦点より後方側に位置し、前記第3基準焦点が前記第2基準焦点より前方側に位置する。
(4)上記(2)又は(3)の構成において、前記光源は、複数の発光部を備え、前記光源は、前後方向で見て、前記発光部が前記第2基準焦点よりも後方側に位置するように配置されている。
(5)上記(4)の構成において、前記光源は、複数の前記発光部のそれぞれに対応して設けられた複数のリフレクタを備え、前記光源は、前後方向で見て、前記リフレクタが前記第2基準焦点よりも後方側に位置するように配置されている。
(6)上記(2)から(5)のいずれか1つの構成において、前記車両用灯具は、前記光源からの光の一部を遮光し、前方側に照射する光の照射パターンを形成するシェードを備え、前記シェードは、前後方向で見て、前方側を向く面がほぼ前記第2基準焦点に位置するように配置されている。
(7)上記(2)から(6)のいずれか1つの構成において、前記第2基準焦点が、前記収差補正レンズ部の全体としての前記白色光に対する後方焦点とほぼ一致している。
本発明によれば、色収差の影響を抑制し、照射パターンの明確さを高めた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説明するための図である。 本発明に係る実施形態の収差補正レンズ部の色収差の収差量を前後に変化させる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光源の変形例を示す図である。
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。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号又は符号を付している。
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102の「前進方向」、「後進方向」を示し、「上」、「下」、「左」、「右」は、各々、車両102に乗車する運転者から見た方向を示す。
なお、言うまでもないが「上」、「下」は鉛直方向での「上」、「下」でもあり、「左」、「右」は水平方向での「左」、「右」でもある。
図1は、本発明に係る実施形態の車両用灯具を備えた車両102の平面図である。
図1に示すように、本発明に係る実施形態の車両用灯具は、車両102の前方の左右のそれぞれに設けられる車両用の前照灯(101L、101R)であり、以下では単に車両用灯具と記載する。
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り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灯具ユニット1(図2参照)等が配置されている。
図2は本発明に係る実施形態の灯具ユニット1の要部を説明するための側面図である。
図2に示すように、灯具ユニット1は、光源10と、光源10からの光の一部を遮光し、前方側に照射する光の照射パターンを形成するシェード20と、光源10からの直射光を前方側に照射する色収差を補正する収差補正レンズ部ALと、を備えている。
図2では図示を省略しているが、灯具ユニット1は、光源10を取り付ける前方側に向く面を有するヒートシンクを備えており、そのヒートシンクに取り付けられるシェードホルダ(図示せず)で、シェード20が光源10より前方側の所定の位置に位置するように保持されている。
同様に、図2では図示を省略しているが、そのヒートシンクに取り付けられるレンズホルダによって、収差補正レンズ部ALが備える第1レンズ30及び第2レンズ40がシェード20より前方側の所定の位置に位置するように保持されている。
なお、図2では、第1レンズ30及び第2レンズ40の光学制御を行うレンズ部だけを示しているが、第1レンズ30及び第2レンズ40は、外周にフランジ部を有し、そのフランジ部がレンズホルダに保持されている。
ただし、第1レンズ30及び第2レンズ40の光学制御を行うレンズ部の外周面をレンズホルダに接着又は溶着することで、第1レンズ30及び第2レンズ40がレンズホルダに保持された状態とされる場合もあるため、フランジ部は必須の要件ではない。
光源10は、基板11と、基板11の前方側を向く面に設けられ、鉛直方向(Y軸方向)に離間して並ぶ複数(本例では5個)の発光部となる発光チップ12と、を備えている。
本実施形態では、光源10に発光チップ12がLED素子であるLED光源を用いているが、これに限らず、発光チップ12をLD素子(レーザダイオード素子)としたLD光源であってもよい。
また、本実施形態では、光源10が、1つの基板11上に複数の発光チップ12を設けたものとしているが、1つの基板11に1つの発光チップ12を設けたパッケージタイプのLED光源を複数並べるようにして、灯具ユニット1としての光源10を構成するようにしてもよい。
さらに、本実施形態では、運転者に歩行者の存在を知らせる照射パターンを投影する場合を念頭においたものを示しているので、車両102から歩行者の腰の下あたりに向かって、直線状の光のパターンを路面等に照射するために、後述するシェード20には、鉛直方向(Y軸方向)に延在する細長のスリットが形成されており、発光チップ12は、そのスリットに沿って設けられるように鉛直方向(Y軸方向)に配置されている。
しかしながら、灯具ユニット1が、例えば、歩行者等の横断を促すものである場合、路面等に投影される照射パターンは、車両102の左右方向(車両幅方向ともいう。)に延びる光のパターンになり、その場合には、発光チップ12は車両幅方向に並ぶように設けられることになる。
また、単純な直線状の光のパターンではなく、注意喚起のマーク等(図形、文字及び図形と文字の組み合わせ等)を路面等に投影する場合には、光源10からの光の照射範囲が車両幅方向、及び、鉛直方向(Y軸方向)に広いことが求められる場合もあり、そのようなときには、発光チップ12を車両幅方向、及び、鉛直方向(Y軸方向)に複数並べたマトリックス状の配置となるように設けるようにすればよい。
シェード20は、先に述べたように、路面等に投影する照射パターンを形成するための部材であり、その照射したい照射パターンに応じて光を透過させる開口部の形状が決められる。
ただし、シェード20は、必須の部材ではなく、例えば、多少幅広でも直線状に延在する照射パターンでよい場合には、各発光チップ12の発光面を矩形状のものとして、各発光チップ12から照射される矩形状の光の像がうまく重なり合って直線状の照射パターンにすることも可能である。
しかしながら、直線状の照射パターンを路面等に投影する場合でも、シェード20を用いる方が、照射パターンの境界をクッキリとさせた光のパターンを形成しやすいため、シェード20を用いる方が好ましい。
収差補正レンズ部ALは、光源10側に位置する第1レンズ30と、第1レンズ30の前方側に位置する第2レンズ40と、を備えている。
例えば、第1レンズ30及び第2レンズ40はどちらも樹脂で形成されたものとすることができる。
具体的には、第1レンズ30に高屈折率・高分散の樹脂(例えば、ポリカーボネート系樹脂等)を用い、第2レンズ40に低屈折率・低分散の樹脂(例えば、アクリル系樹脂等)を用いて、第1レンズ30と第2レンズ40のアッベ数を異なる(本例では、第2レンズ40の方が第1レンズ30よりもアッベ数が高い。)ものとするとともに、さらに、後述するように、収差補正レンズ部ALが、中央側(収差補正レンズ部ALのレンズ光軸Z側)から径方向外側に向かって、前後方向に色収差の収差量を変化させる制御を行うものとすることで色収差を抑制するようにしている。
以下、収差補正レンズ部ALのより詳細な構成について説明するが、以下で説明する具体的なディメンジョンは、第1レンズ30及び第2レンズ40の外径等によって調整することになるため、ディメンジョンについてはあくまでも一例である。
第1レンズ30は、光源10からの光が入射する入射面31と、入射した光を第2レンズ40に向けて照射する出射面32と、を備え、入射面31が外側(後方側)に出っ張るように湾曲するとともに、出射面32が内側(後方側)に凹むように湾曲する凹メニスカスレンズになっている。
例えば、入射面31は、近軸領域での曲率半径が約103mmの凸曲面になっており、出射面32は近軸領域での曲率半径が約28mmの凹曲面になっている。
そして、レンズ光軸Zの位置での第1レンズ30の厚みd1が約11mmになっている。
第2レンズ40は、第1レンズ30からの光が入射する入射面41と、入射した光を前方に照射する出射面42と、を備え、入射面41が外側(後方側)に出っ張るように湾曲するとともに、出射面42が外側(前方側)に出っ張るように湾曲する両凸レンズになっている。
例えば、入射面41は、近軸領域での曲率半径が約29mmの凸曲面になっており、出射面42は近軸領域での曲率半径が約40mmの凸曲面になっており、レンズ光軸Zの位置での第2レンズ40の厚みd3が約19mmになっている。
そして、第1レンズ30と第2レンズ40の間の離間距離d2が約0.5mmとなるように、第2レンズ40は、第1レンズ30の前方側に配置されている。
本実施形態では、このような第1レンズ30と第2レンズ40とを備えた収差補正レンズ部ALの全体としての白色光に対する後方焦点Oが、レンズ光軸Z方向で見て、シェード20の前方側の表面の位置とほぼ一致するように収差補正レンズ部ALが配置されている。
このため、シェード20から照射される光に後方焦点Oがほぼ一致しているため、照射パターンがぼやけるのを抑制することができる。
なお、後述する第2基準焦点GOが後方焦点Oとほぼ一致していることから、光源10が、前後方向で見て、発光部(発光チップ12)が第2基準焦点GOよりも後方側に位置するように配置され、シェード20が、前後方向で見て、前方側を向く面がほぼ第2基準焦点GOに位置するように配置されたものになっている。
図3は収差補正レンズ部ALの色収差の収差量を前後に変化させる制御を説明するための図である。
図3は、収差補正レンズ部ALのレンズ光軸Z側から収差補正レンズ部ALの径方向外側に向かって、順次、第2レンズ40の出射面42側からレンズ光軸Zに平行な白色光を入射させたときに、入射する白色光の赤色の成分R、緑色の成分G、及び、青色の成分Bがレンズ光軸Z(以下、単に、光軸Zと記載する場合もある。)と交差する点がどのように変化するのかを示したものになっている。
そのため、図3では横軸にレンズ光軸Z方向の位置を示し、この横軸の原点となる0の点を後方焦点Oに合わせており、横軸の原点となる0の位置からプラス側の位置は、後方焦点Oよりも前方側の位置であることを示している。
逆に、横軸の原点となる0の位置からマイナス側の位置は、後方焦点Oより後方側の位置であることを示している。
また、縦軸はレンズ光軸Zの位置を原点となる0の点とし、レンズ光軸Zから収差補正レンズ部ALの径方向外側への距離を示している。
なお、横軸及び縦軸は、どちらも単位が[mm]になっている。
さらに、縦軸が0である位置での赤色の成分Rのレンズ光軸Z上の位置ROは、収差補正レンズ部ALの全体として見たときの赤色の成分Rの近軸焦点としての基準後方焦点である第1基準焦点(以下、第1基準焦点ROとも記載する。)である。
同様に、縦軸が0である位置での緑色の成分Gのレンズ光軸Z上の位置GOは、収差補正レンズ部ALの全体として見たときの緑色の成分Gの近軸焦点としての基準後方焦点である第2基準焦点(以下、第2基準焦点GOとも記載する。)であり、青色の成分Bのレンズ光軸Z上の位置BOは、収差補正レンズ部ALの全体として見たときの青色の成分Bの近軸焦点としての基準後方焦点である第3基準焦点(以下、第3基準焦点BOとも記載する。)である。
図3に示すように、収差補正レンズ部ALは、収差補正レンズ部ALの光軸Z側から径方向外側に向かって、前方側から平行に入射する白色光の赤色の成分R、緑色の成分G、及び、青色の成分Bのいずれの成分に対しても、光軸Zと交差する点を前後方向に振動させる振動制御を行うものになっており、色収差の収差量もこの動きと同様に前後に変化し、色収差が抑制される。
具体的には、収差補正レンズ部ALは、後方焦点Oとほぼ一致する第2基準焦点GOと、第2基準焦点GOよりも後方側に位置する第1基準焦点ROと、第2基準焦点GOよりも前方側に位置する第3基準焦点BOと、を有している。
そして、収差補正レンズ部ALは、それぞれ光軸Z上の異なる位置に位置する第1基準焦点RO、第2基準焦点GO、及び、第3基準焦点BOの位置を起点として、光軸Z側から径方向外側に向かって、白色光の赤色の成分R、緑色の成分G、及び、青色の成分Bが光軸Zと交差する点を前後方向に振動させる振動制御を行う。
具体的には、収差補正レンズ部ALは、赤色の成分Rに対して、光軸Z側から収差補正レンズ部ALの径方向外側を通過する光ほど、第1基準焦点ROを起点として、光軸Zと赤色の成分Rの交点を、少なくとも前方、後方、前方に振動させる制御と、緑色の成分Gに対して、光軸Z側から収差補正レンズ部ALの径方向外側を通過する光ほど、第2基準焦点GOを起点として、光軸Zと緑色の成分Gの交点を、少なくとも前方、後方、前方に振動させる制御と、青色の成分Bに対して、光軸Z側から収差補正レンズ部ALの径方向外側を通過する光ほど、第3基準焦点BOを起点として、光軸Zと青色の成分Bの交点を、少なくとも前方、後方、前方に振動させる制御と、を含む振動制御を行い、色収差を抑制するものになっている。
このようにして色収差を抑制すると、収差補正レンズ部ALを介して前方側に照射される照射パターンの外周の輪郭が青色にぼやけることが抑制されるので、照射パターンの明確さが低下するのを抑えることができる。
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、上記実施形態では光源10からの光をそのままシェード20に照射させていたが、この場合、光が広がりシェード20のスリットを通過できなくなる光の割合を減らすために、発光チップ12をシェード20に近接させた配置となる。
そうすると、シェード20が高温になるため、シェード20が熱で歪むことがないようにシェード20の耐熱強度を高める必要がある。
そこで、光源10の変形例を示す図4のように、光源10が、複数の発光部(発光チップ12)のそれぞれに対応して設けられた複数のリフレクタ13を備え、シェード20に向かって照射される光が広がるのを抑制するようにしてもよい。
なお、図4では収差補正レンズ部ALの図示を省略している。
このようにすれば、リフレクタ13の光照射口13Aが疑似的な発光部とみなせるので、図4の上側に示すリフレクタ13を備えない光源10の場合の発光部(発光チップ12)の前方側の面の位置に、リフレクタ13の光照射口13Aを合わせるように光源10を配置すればよい。
このため、光源10がリフレクタ13を備える場合、シェード20と発光部(発光チップ12)の間の距離を距離Dだけ大きく取ることが可能であり、シェード20が高温になるのを抑制することができる。
この場合でも、シェード20から照射される照射パターンを明確なものとするために、収差補正レンズ部ALの後方焦点O(第2基準焦点GO)が、前後方向(光軸Z方向)の位置でシェード20の前方側を向く面の位置に位置するようにすればよいため、光源10は、前後方向で見て、リフレクタ13が第2基準焦点GOよりも後方側に位置するように配置されることになる。
なお、上記実施形態のように、直線状の照射パターンで輝度ムラが出ないように、各発光部(発光チップ12)からの光をオーバーラップさせる場合、シェード20に向かって照射される光の像が矩形状であることが好ましい。
このため、直線状の照射パターンとするときに、リフレクタ13を用いるのであれば、各発光部(発光チップ12)側からシェード20に向かって矩形状で末広がりに広がる(四角錐状に広がる)反射面13Bを有するリフレクタ13とすることが好ましい。
また、リフレクタ13を用いることで、単に、各発光部(発光チップ12)とシェード20の間の距離を大きくできるだけでなく、各発光部(発光チップ12)からの光のオーバーラップの状態を制御することができるため、この点からしても輝度ムラを抑制しやすいので、光源10はリフレクタ13を備えることが好ましい。
また、上記実施形態では、収差補正レンズ部ALが光軸Z側から径方向外側に向かって、白色光の赤色の成分R、緑色の成分G、及び、青色の成分Bが光軸Zと交差する点を前後方向に前方、後方、前方に振動させる振動制御を行っていたが、この振動数はより多くてもよく(例えば、前方、後方、前方、後方、前方に振動させる等)、さらに、設計によっては、後方、前方、後方等のように振動させる設計としてもよい場合がある。
さらに、上記実施形態では、図3を見ればわかるように、振動制御は、後方焦点Oを基準に交点の前後の振動が0.2mm(±0.2mm)の範囲内に収まっているが、これよりも大きく前後方向に交点を振動させる制御を行うものになっていてもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態に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明らかである。
1 灯具ユニット
10 光源
11 基板
12 発光チップ(発光部)
13 リフレクタ
13A 光照射口
13B 反射面
20 シェード
30 第1レンズ
31 入射面
32 出射面
40 第2レンズ
41 入射面
42 出射面
AL 収差補正レンズ部
R 赤色の成分
RO 第1基準焦点
G 緑色の成分
GO 第2基準焦点
B 青色の成分
BO 第3基準焦点
Z レンズ光軸(光軸)
101L、101R 車両用の前照灯
102 車両

Claims (6)

  1. 車両用灯具であって、
    前記車両用灯具は、
    光源と、
    前記光源からの直射光を前方側に照射する色収差を補正する収差補正レンズ部と、を備え、
    前記収差補正レンズ部は、
    前記光源側に位置する第1レンズと、
    前記第1レンズの前方側に位置する第2レンズと、を備え、
    前記収差補正レンズ部は、前記収差補正レンズ部の光軸側から径方向外側に向かって、前方側から平行に入射する白色光の赤色、緑色、及び、青色の成分が前記光軸と交差する点を前後方向に振動させる振動制御を行い
    前記緑色の成分の基準後方焦点である第2基準焦点が、前記収差補正レンズ部の全体としての前記白色光に対する後方焦点とほぼ一致しており、
    前記赤色、前記緑色、前記青色の成分を振動させる振動制御幅は、前後方向にそれぞれ0.1mm以上であることを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記収差補正レンズ部は、
    前記光軸上に位置し、前記収差補正レンズ部の全体として見たときの前記赤色の成分の基準後方焦点である第1基準焦点と、
    前記第1基準焦点と異なる前記光軸上に位置し、前記収差補正レンズ部の全体として見たときの前記緑色の成分の基準後方焦点である前記第2基準焦点と、
    前記第1基準焦点及び前記第2基準焦点と異なる前記光軸上に位置し、前記収差補正レンズ部の全体として見たときの前記青色の成分の基準後方焦点である第3基準焦点と、を有し、
    前記振動制御は、
    前記光軸側から前記収差補正レンズ部の径方向外側を通過する光ほど、前記第1基準焦点を起点として、前記光軸と前記赤色の成分の交点を、少なくとも前方、後方、前方に振動させる制御と、
    前記光軸側から前記収差補正レンズ部の径方向外側を通過する光ほど、前記第2基準焦点を起点として、前記光軸と前記緑色の成分の交点を、少なくとも前方、後方、前方に振動させる制御と、
    前記光軸側から前記収差補正レンズ部の径方向外側を通過する光ほど、前記第3基準焦点を起点として、前記光軸と前記青色の成分の交点を、少なくとも前方、後方、前方に振動させる制御と、を含み、
    前記光源が前記第2基準焦点よりも後方側の前記光軸上に配置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。
  3. 前記第1基準焦点が前記第2基準焦点より後方側に位置し、
    前記第3基準焦点が前記第2基準焦点より前方側に位置することを特徴とする請求項2に記載の車両用灯具。
  4. 前記光源は、複数の発光部を備え、
    前記光源は、前後方向で見て、前記発光部が前記第2基準焦点よりも後方側に位置するように配置されていることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の車両用灯具。
  5. 前記光源は、複数の前記発光部のそれぞれに対応して設けられた複数のリフレクタを備え、
    前記光源は、前後方向で見て、前記リフレクタが前記第2基準焦点よりも後方側に位置するように配置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。
  6. 前記車両用灯具は、前記光源からの光の一部を遮光し、前方側に照射する光の照射パターンを形成するシェードを備え、
    前記シェードは、前後方向で見て、前方側を向く面がほぼ前記第2基準焦点に位置するように配置されていることを特徴とする請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の車両用灯具。
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