JP7336345B2 - 車両用ランプ - Google Patents

Description

本発明は自動車等の車両に用いるランプに関し、特に配光特性に優れた見栄えの良い車両用ランプに関する。

自動車の補助ランプや標識ランプとして、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の光源と、この光源で発光した光を収束あるいは発散させて所要の配光で照射する光学レンズやライトガイド等の光学系とで構成された簡易構成のランプが提案されている。特許文献１には、ＬＥＤと導光体（ライトガイド）とを備えて構成され、ＬＥＤの光を導光体に設けた入射面に入射させ、導光体の内部を導光させた上で当該導光体に設けた出射面から出射させる構成のランプユニットが提案されている。

特許文献１の技術では、ＬＥＤの光を入射する入射面の構成は、第１入射面、第２入射面、全反射面を備えた構成とされている。第１入射面はＬＥＤ発光中心に対向される凸レンズ状に形成され、ＬＥＤの光を平行光にして導光体に入射させる。また、第２入射面は第１入射面を囲む円錐状に形成され、全反射面はこの外周に沿った回転放物面の一部で構成されている。第２入射面はＬＥＤの光を外周方向に向けて屈折して導光体に入射させ、全反射面は屈折された光を平行光にする。これらの平行光はそれぞれ導光体の出射面から出射される

特開２０１９－１１００４９号公報

特許文献１の技術は、ＬＥＤの光を入射面において平行光にして導光体に入射させ、かつ導光体を導光させて出射面から出射させるので、出射面における出射光の分布を均一化する上では有効である。しかし、詳細については後述するが、第１入射面と第２入射面が境界部において急峻な角度で交わっているので、この境界部に入射される光を平行光にして入射させることができない。

そのため、この境界部に対応する領域では光は導光されず、あるいは導光される光量が低減される。さらには、この境界部に対応する出射面の領域から光が出射されなくなり、あるいは光量が低減される。これにより出射面において明るさのむらが生じ、ランプの見栄えが低下するとともに、好適な配光を得ることが難しくなる。

特許文献１では、出射面に光拡散素子を配設して出射光を拡散しているので明るさのむらを抑制ないし解消することは可能と思われる。しかし、この構成では、ランプを観察したときに、出射面に形成した光拡散素子が露見されることになり、出射面でのクリア感（透明感）を強調した見栄えの良いランプを構成することができない。

本発明の目的は、配光特性を改善するとともに、見栄えを改善した車両用ランプを提供する。

本発明は、光源と、入射された光源の光を出射面から出射して所要領域の光照射を行う照射レンズを備える車両用ランプであり、出射面には光を出射する光出射領域と光を出射しない無光領域が存在しており、光出射領域は補償領域を備えており、この補償領域の出射面には光拡散素子が存在しておらず、この補償領域から出射される光により所要領域には無光領域による光照射が行われない無光照射領域が存在しない。

すなわち、本発明の車両用ランプは、照射レンズの出射面は、補償領域から出射される光が光出射領域から出射された光が照射されない領域を照射する形状に構成されている。また、補償領域は光出射領域の少なくとも一部に設けられる。この場合には、補償領域は、光出射領域のうち無光領域に近い側の領域に形成されることが好ましい。あるいは、補償領域は光出射領域のほぼ全領域にわたって形成されてもよい。

また、本発明は、例えば、照射レンズは光源の光が入射される光入射部を備えており、この光入射部は、入射光を屈折して出射面に向ける主入射部と、入射光を屈折しかつ全反射して出射面に向ける副入射部を備え、出射面は、主入射部からの光を多く受けて出射する凸面の主光出射面と、副入射部からの光を多く受けて出射する凹面の副光出射面を備える。

本発明によれば、照射レンズの出射面に光拡散素子が形成されなくても、無光照射領域のない好適な光照射が実現できる。これにより、配光特性を改善するとともに、見栄えを改善した車両用ランプが提供できる。

本発明を適用したヘッドランプを備える自動車の一部の正面図。 ＤＲＬの概念構成を示す外観斜視図。 光入射部の概略の斜視図。 （ａ）図２のａ－ａ線に沿って展開した断面図、（ｂ）図２のｂ－ｂ線に沿った断面図。 光出射面、無光出射面、補償出射面を説明する模式図。 光照射領域と無光照射領域を説明する概略図。 補償出射面の算出を説明する模式図と式。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の車両用ランプを適用した自動車ＣＡＲの一部の正面図であり、自動車の車体前部に配設された左側のヘッドランプＨＬを備えており、このヘッドランプＨＬのランプハウジング１００内に、ディタイムランニングランプ（以下、ＤＲＬ）１と、ロービームランプ２と、ハイビームランプ３が内装されている。このＤＲＬ１は、その点灯形態、特に点灯時の光度（明るさ）を制御することによりクリアランスランプとしても機能されるよう構成されている。ロービームランプ２とハイビームランプ３は本発明との関連が少ないので、ここでは説明は省略する。

図２は前記ＤＲＬ１を斜め前方向から見た概念構成を示す外観斜視図である。このＤＲＬ１は、光源４と、この光源４で発光された光を導光して前記ヘッドランプＨＬの前方に向けて光を出射する光学系５とで構成されている。この光学系５は、ここでは透光性の部材、例えば透明な樹脂で形成された照射レンズとして構成されている。これら光源４と照射レンズ５は、図示を省略するケースに一体的に内装されてユニット化されてＤＲＬ１が構成されている。あるいは、光源４と照射レンズ５がそれぞれ個別に前記ランプハウジング１００内に配設されてＤＲＬ１として構成されてもよい。

前記光源４は白色光を発光するＬＥＤ４１を備えており、このＬＥＤ４１の発光面が上方に向けられた状態、すなわち発光面が前記照射レンズ５に向けられた状態で例えば仮想線で示す回路基板４２に搭載されている。この回路基板４２には給電回路が構成されており、この給電回路によりＬＥＤ４１が発光され、発光した光を照射レンズ５に入射させる。

前記照射レンズ５は、ＤＲＬ１の光出射方向を前方向としたときに、前面側から見てやや横長の長方形に近い形状をした透明樹脂ブロックとして構成されており、下面には前記ＬＥＤ４１の光を入射する光入射部５１を備えている。また、この照射レンズ５の後面側の領域には、入射された光を前方に向けて反射する光反射部５２を備えている。さらに、この照射レンズ５の前面は、前記光反射部５２で反射された光を出射してＤＲＬ１の発光面として機能する光出射部５３として構成されている。

図３は光入射部５１を下方から見た概略斜視図である。この光入射部５１は、前記ＬＥＤ４１の発光面の中心に対向するように前記照射レンズ５の下面の中央に位置された主入射部５１１と、この主入射部５１１の両側に位置された線対称形状をした一対の副入射部５１２を備えている。そして、前記ＬＥＤ４１が発光したときの光は、これら主入射部５１１と副入射部５１２を通して照射レンズ５に入射される。

図４（ａ）は図２のａ－ａ線に沿って水平方向かつ鉛直方向に切断かつ展開した断面図、図４（ｂ）は図２のｂ－ｂ線に沿って鉛直方向に切断した断面図である。この図４（ａ），（ｂ）を併せて参照すると、前記光入射部５１の主入射部５１１は凸レンズを構成する球面で形成されており、そのレンズ光軸Ｌｘ上の焦点Ｆ１が前記ＬＥＤ４１の発光面に位置されている。これにより、主入射部５１１に入射されたＬＥＤ４１の光はほぼ平行光に収束される。

両側の前記副入射部５１２は、それぞれ逆円錐面の一部で構成された内面５１２ｉと、回転放物面の一部で構成された外面５１２ｏを備えている。ＬＥＤ４１の光は両副入射部５１２の内面５１２ｉに入射されて屈折される。屈折された光は外面５１２ｏで内面反射される。この内面５１２ｉでの光屈折によりＬＥＤ４１の虚像が形成され、前記外面５１２ｏはこのＬＥＤ４１の虚像を焦点Ｆ２とする回転放物面の一部で形成される。これにより、副入射部５１２に入射されたＬＥＤ４１の光は前記主入射部５１１により収束された光と同様にほぼ平行光に収束される。

前記光反射部５２は、照射レンズ５の後面を傾斜させて内面反射を行う反射面として構成されている。この反射面は前記入射部５１の直上に位置され、前記主入射部５１の鉛直方向に向けられた前記レンズ光軸Ｌｘに対して前方に４５度の角度で傾斜されている。これにより、光反射部５２は、光入射部５１において平行光に収束されたＬＥＤ４１の光を９０度の角度で反射して前記光出射面５３に向ける。なお、この光反射部５２の傾斜角度は必ずしも４５度の角度でなくてもよく、光入射部５１から入射された光を光出射部５３に向けてほぼ水平方向に反射する構成であればよい。

前記光出射部５３は平滑面で曲面に形成された出射面として構成されている。以下、光出射部５３を出射面５３と称することもある。この出射面５３はその中心を通って前後方向に延長されるレンズ光軸Ｌｘ（前記レンズ光軸Ｌｘが光反射部５２において屈曲されて出射面５３を通るように延長された光軸）を中心線とした左右方向に対称な凸状の非球面で形成されている。この非球面からなる出射面５３の詳細は後述するが、その大略の形状は、レンズ光軸Ｌｘを中心とする中央領域の曲率が最も大きく、この中央領域の周囲の中帯領域に向けて曲率が徐々に小さくされ、周辺領域では曲率がほぼ零の円錐面に近い形状とされている。

前記出射面５３には、光を発散ないしは拡散させるための光学素子、例えば微細なシリンドリカル面（円柱面）、微細な球面、シボ等の光学素子（以下、拡散素子）は形成されていない。このように、出射面５３が平滑面で形成されることにより、ヘッドランプＨＬの前方からＤＲＬ１を観察したときに、ＤＲＬ１の非点灯時には、その前面、すなわち出射面５３のクリア感が強調され、見栄えの良いＤＲＬが得られる。

この照射レンズ５を備えるＤＲＬでは、図４（ａ），（ｂ）にＬＥＤ４１から入射された光の光路を示しているように、入射された光は光入射部５１の主入射部５１１と副入射部５１２によりそれぞれ平行光とされる。主入射部５１１から入射された光（以下、主光Ｌｍ）は出射面５３の対応する領域の面（以下、主光出射面５３ｍ）から出射され、副入射部５１２から入射された光（以下、副光光Ｌｓ）は出射面５３の対応する領域の面（以下、副出射面５３ｓ）から出射される。この主光出射面５３ｍはレンズ光軸Ｌｘを含む出射面５３のほぼ中央領域であり、副光出射面５３ｓは出射面５３の中帯領域から周辺領域である。

ここで、光入射部５１において、主入射部５１１と副入射部５１２との境界部、すなわち主入射部５１１を囲む円弧状の部位は、両入射部５１１，５１２の表面が急峻な角度で交わっている。そのため、この境界部に入射される光は平行光として入射されなくなり、図４（ａ）に示したように、主光Ｌｍと副光Ｌｓとの間に光が導光されない領域が生じている。この領域について図５を参照して説明する。

図５は照射レンズ５における主光Ｌｍと副光Ｌｓの導光及び出射状態を示し、光が存在する領域を点描した模式図である。入射部５１１，５１２の境界部において主光Ｌｍと副光Ｌｓの間に光が導光されない領域Ｌｎが生じてしまう。この領域を無光領域Ｌｎと称し、これに対応する出射面５３の領域を無光出射面５３ｎと称する。光入射部５１は、主入射部５１１とこれを挟む副入射部５１２が左右方向に配置されているので、このような無光領域Ｌｎと、これによる生じる無光出射面５３ｎはレンズ光軸Ｌｘを挟む左右の両側において生じる。

このように、照射レンズ５の出射面５３を照射レンズ光軸Ｌｘ方向から見たときに、当該出射面５３から光が出射される主光出射面５３ｍと副光出射面５３ｓを併せた領域が光出射領域となり、光が出射されない無光出射面５３ｎが無光領域となる。ここで、無光領域は全く光が出射されない領域に限られるものではなく、光出射領域と無光領域の相対的な光出射量に基づいて設定されてもよい。例えば、光出射光量の相対比を求め、この相対比が所定のしきい値よりも小さい場合に無光領域として設定されるようにしてもよい。

照射レンズ５は出射面５３から主光Ｌｍと副光Ｌｓを出射して投影を行うことにより、図５の上部に示したように、主光Ｌｍによる光照射領域（以下、主光照射領域）Ａｍと、副光Ｌｓによる光照射領域（以下、副光照射領域）Ａｓの光照射を行うが、前記した無光領域Ｌｎが存在することにより、この照明領域内に光が照射されない無光照射領域Ａｎが生じてしまう。なお、図５の最上部の図は光照射領域全体の光度分布図である。

すなわち、図６に概略斜視図を示すように、ＤＲＬ１の主光照射領域Ａｍと副光照射領域Ａｓの間に、レンズ光軸Ｌｘを挟んだ左右両側に円弧状をした無光照射領域Ａｎが生じてしまう。ＤＲＬ１はレンズ光軸Ｌｘを基準として水平方向の左右に２０度ないし２５度の角度範囲の所要領域を照射する配光が要求されているが、この照射領域内に無光照射領域Ａｎが生じることにより、好適なＤＲＬの配光ができなくなる。

そこで無光照射領域Ａｎが生じないような補償を行うために、前記照射レンズ５の出射面５３はその一部に補償領域として、補償出射面５３ａが形成されている。図５に示すように、この補償出射面５３ａは、前記照射レンズ５の出射面５３のうち主光出射面５３ｍの一部、特に主光出射面５３ｍのうちレンズ光軸Ｌｘと反対側の両側の縁部に沿った円弧帯状の領域に形成され、主光Ｌｍの一部の補償光Ｌａが出射されるようになっている。すなわち、この補償出射面５３ａは、図２に鎖線で示すようにレンズ光軸Ｌｘを挟む左右にそれぞれ円弧帯状に形成されている。

この補償出射面５３ａは特異な面形状に形成されている。この面形状について説明すると、図５に補償光Ｌａのうちの補償光Ｌａ１，Ｌａ２の光路を示すように、補償出射面５３ａの外径縁ｐ１から出射される補償光Ｌａ１は無光照射領域Ａｎの外径縁よりも内径側に照射され、補償出射面５３ａの内径縁ｐ２から出射される補償光Ｌａ２は無光照射領域Ａｎの内径縁よりも外径側に照射されるように形成されている。

これにより、補償光Ｌａは補償出射面５３ａから出射されて無光照射領域Ａｎに照射される。すなわち、補償出射面５３ａの曲面形状により、補償出射面５３ａを含む主出射面５３ｍから出射される補償光Ｌａは左右方向に拡張されて無光照射領域Ａｎを含む領域を照射するようになる。これにより、図５の上部に示した光度分布が破線のように補償され、無光照射領域が生じることが防止される。

このように、照射レンズ５の出射面５３の面形状を適切に設計、形成することにより、当該出射面５３から出射される主光Ｌｍと副光Ｌｓにより照射される所要の照射領域には、無光領域Ｌｎによる無光照射領域Ａｎが生じることがないので、好適な配光が得られる。例えば、ＤＲＬに要求される左右方向に２０度ないし２５度の所定の照射領域内に無光照射領域が生じることがない好適な配光特性のＤＲＬが得られる。

また、このＤＲＬ１は照射レンズ５の出射面５３に光拡散素子が形成されていなくても無光照射領域が生じることがないので、出射面５３は平滑面として構成される。したがって、ＤＲＬ１の非点灯時には出射面５３の外観としてクリア感のある見栄えが得られる。ＤＲＬ１の点灯時には、照射領域には無光照射領域Ａｎが存在しないので、照射領域内のいずれの方向からＤＲＬ１を観察しても明るく点灯している状態が視認される見栄えとなる。

なお、照射レンズ５の出射面５３のうち、前記無光領域Ｌｎに対応する無光出射面５３ｎからは実質的に光が出射されることがないので、この無光出射面５３ｎの形状は適宜である。例えば、補償出射面５３ａと副出射面５３ｓを緩やかに連結する面形状の連結面として構成される。この連結面の構成は特に限定されないが、出射面を観察したときの均一なクリア感を損なうことがないように、急峻な凹凸のない滑らかな面とすることが好ましい。

前記補償出射面５３ａの形状を設計する場合には、シミュレーションによる設計が採用できる。例えば、図７にその一例を示すように、補償出射面５３ａから出射される主光Ｌｍのうち、最も外径側位置ｐ１から出射される主光線Ｌｉ１を作図する。また、この位置ｐ１から無光照射領域Ａｎの外側縁に向けて屈折されて出射される補償光線Ｌａ１を作図する。なお、光線Ｌｏ１は、主光出射面５３ｍが補償されていないときに屈折されて出射される光線である。このように、補償光線Ｌａ１は光線Ｌｏ１よりも屈折角が大きくなるように作図される。

次いで、主光線Ｌｉ１と補償光線Ｌａ１との屈折角θｘ１を求める。そして、この屈折角θｘ１と、照射レンズ５の屈折率ｎとから、スネルの法則を満たす入射角θｉ１を算出する。この算出は例えば図７の式（１）～（４）に示す通りである。なお、計算を簡略化するために、ｓｉｎθ≒θの近似を行っている。そして、得られた入射角θｉ１から、主光線Ｌｉ１がこの入射角θｉ１で入射されることになる屈折面として、式（５）のように、主光線Ｌｉ１に対して角度θｆ１で傾斜される補償面ｆ１を算出する。この補償面ｆ１が位置ｐ１における出射面となる。

一方、補償出射面５３ａの最も内径側位置ｐ２から出射される主光線Ｌｉ２を描く。また、この位置ｐ２から、無光照射領域Ａｎの内側縁から若干だけ副光照射領域Ａｓに入った位置に向けて出射される補償光線Ｌａ２を描く。そして、主光線Ｌｉ２と補償光線Ｌａ２との屈折角θｘ２を求める。その上で、前記と同様に図７の式（１）～（５）から、主光線Ｌｉ２が入射角θｉ２で出射面に入射される屈折面を算出する。算出された屈折面は、主光線Ｌｉ２に対して角度θｆ２で傾斜される補償面ｆ２であり、これが位置ｐ２における出射面となる。

このような補償面の算出を補償出射面５３ａの位置ｐ１～ｐ２の間の複数の箇所で行うことにより、各位置における補償面が算出できる。その上で、算出された複数の補償面を連結し、連結した面を滑らかな曲面にする。これにより、前記した無光照射領域Ａｎを照射することが可能な補償出射面５３ａが形成できる。この場合、位置ｐ１～ｐ２の間の複数の位置をレンズ光軸Ｌｘの延長方向に沿って多少変位させてより滑らかな連結面を得るようにしてもよい。

以上の説明は照射レンズの主光出射面５３ｍに補償出射面５３ａを備えた例であるが、前記副光出射面５３ｓの一部に補償出射面５３ａが形成されてもよい。例えば、副光出射面５３ｓのうちレンズ光軸Ｌｘに近い側の縁部に沿った円弧帯状の領域に補償出射面が形成されてもよい。

因みに、このようにして形成される出射面５３においては、主光出射面５３ｍは凸面形状に形成され、この両側の副光出射面５３ｓは凹面形状に形成される。そして、この凸面形状の主光出射面５３ｍと凹面形状の副光出射面５３ｓは、無光領域５３ｎにおいて滑らかな曲面で連結される。出射面５３がこのように形成されると、前記実施形態における補償出射面５３ａは、自動的に凸面形状の主光出射面５３ｍあるいは凹面形状の副光出射面５３ｓの一部として形成されることになる。

図示は省略するが、副光出射面５３ｓに補償出射面５３ａが形成されたときには、補償出射面５３ａから出射される副光は、補償される前よりもレンズ光軸Ｌｘに対する角度がより小さな角度で出射され、光補償出射面５３ａから出射される副光がレンズ光軸Ｌｘの側に拡張されて無光照射領域Ａｎを照射するようになり、無光照射領域が解消される。

なお、図５に示したように、副光照射領域Ａｓの光度は主光照射領域Ａｍの光度よりも低いので、補償出射面５３ａを副光出射面５３ｓに形成すると、副光照射領域Ａｓの光度がさらに低下することが考えられる。したがって、補償出射面５３ａはより光度の高い主光出射面５３ｍの一部に形成することが好ましい。

また、補償出射面５３ａが主光出射面５３ｍの全領域に存在しているものとして補償出射面５３ａの設計を行うようにしてもよい。すなわち、補償出射面５３ａを主光出射面５３ｍの一部に形成した実施形態では、補償出射面５３ａの領域の補償光が発散されるため、この領域における光度低下が生じ易い。補償出射面５３ａが主光出射面５３Ｍの全領域に存在しているものとして補償出射面５３ａを形成することより、主光の全体が補償光として主光出射面５３ｍの全領域、すなわち補償出射面にわたって発散されることになり、部分的な光度低下が防止できる。

本発明においては、主入射部から入射された光の多くは主光出射面から出射されるが、当該入射された光の一部は副光出射面から出射される構成となっていてもよい。また、副入射部から入射された光の多くは副光出射面から出射されるが、当該入射された光の一部は主光出射面から出射される構成となっていてもよい。

実施形態のＤＲＬは、照射レンズの一部に光反射部を備えているが、光入射部から入射された主光や副光を反射させることなくそのまま光出射部の出射面から出射させる構成の照射レンズについても本発明を適用することができる。

また、光入射部の構成は実施形態に記載の構成に限られるものではなく、光源の光が光入射部によって分離された複数の光束状態として照射レンズに入射させる光入射部であれば本発明が適用される。例えば、実施形態では１つの光束から主光と２つの光束からなる副光が照射レンズの光出射部から出射される形態を説明したが、これら主光と副光の区別がない複数の光束からなる光が光出射部から出射される照射レンズを備えるランプであれば、本発明を適用することができる。

本発明にかかる光源は、発光素子としてＬＥＤに代えて、ＬＤ（レーザーダイオード）素子や有機ＥＬ素子を採用してもよい。また、バルブ（電球）を光源としてもよい。

本発明における車両用ランプは、実施形態に示したＤＲＬに限られるものではなく、種々の補助灯や標識灯として機能するランプに適用できる。

１ ＤＲＬ（本発明にかかる車両用ランプ）
２ ロービームランプ
３ ハイビームランプ
４ 光源
５ 照射レンズ
４１ ＬＥＤ
５１ 光入射部
５２ 光反射部
５３ 光出射部（出射面）
５３ｍ 主光出射面（光出射領域）
５３ｓ 副光出射面（光出射領域）
５３ｎ 無光出射面（無光領域）
５３ａ 補償出射面（補償領域）
５１１ 主入射部
５１２ 副入射部
Ｌｘ レンズ光軸

Claims (8)

1. 光源と、入射された前記光源の光を出射面から出射して所要領域の光照射を行う照射レンズを備える車両用ランプであって、前記出射面には光を出射する光出射領域と光を出射しない無光領域が存在しており、前記光出射領域は補償領域を備えており、この補償領域の出射面には光拡散素子が存在しておらず、この補償領域から出射される光により前記所要領域には前記無光領域による光照射が行われない無光照射領域が存在しないことを特徴とする車両用ランプ。
2. 前記補償領域の出射面は、当該補償領域から出射される光が前記光出射領域から出射された光が照射されない領域を照射する形状に構成される請求項１に記載の車両用ランプ。
3. 前記照射レンズは、光源からの光を複数の光束として出射させる複数の光出射領域が形成され、これら複数の光出射領域の間に前記無光領域が存在する請求項１叉は２に記載の車両用ランプ。
4. 前記補償領域は前記光出射領域の少なくとも一部に設けられる請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用ランプ。
5. 前記補償領域は、前記光出射領域のうち前記無光領域に近い側の領域に存在する請求項４に記載の車両用ランプ。
6. 前記補償領域は前記光出射領域のほぼ全領域にわたって構成される請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用ランプ。
7. 前記照射レンズは前記光源の光が入射される光入射部を備えており、前記光入射部は、入射光を屈折して前記出射面に向ける主入射部と、入射光を屈折しかつ全反射して前記出射面に向ける副入射部を備え、前記出射面は、前記主入射部からの光を多く受けて出射する凸面の主光出射面と、前記副入射部からの光を多く受けて出射する凹面の副光出射面を備える請求項１ないし６のいずれかに記載の車両用ランプ。
8. 前記副入射部は前記主入射部を挟んだ両側に対をなして設けられ、前記副光出射面は前記対をなす副入射部にそれぞれ対向するように前記主光出射面の両側に対をなして設けられる請求項７に記載の車両用ランプ。

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