JPWO2013183240A1 - 車両用灯具 - Google Patents

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Abstract

第１灯具ユニット１０ａは、第１発光素子２４ａと、第１発光素子またはその近傍を焦点とする楕円を基調とした形状のリフレクタ２６ａと、リフレクタの前方に配置される第１部分レンズ２０ａと、を有する。第１灯具ユニットと隣接する第２灯具ユニット１０ｂは、第２発光素子２４ｂと、第２発光素子の前方に配置されるとともに第１部分レンズ２０ａに接合される第２部分レンズ２０ｂと、を有する。第１部分レンズ２０ａは、第２部分レンズ２０ｂ側が略垂直面で切断された形状を有し、第２部分レンズ２０ｂは、第１部分レンズの切断面を所定の線に沿って延ばした形状を有する。

Description

本発明は、非球面の投影レンズを使用する車両用灯具に関する。
近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子を用いた車両用前照灯の開発が進められている。特許文献１には、３つの発光素子からの光を３つのリフレクタで前方に向けて反射させる車両用照明灯具において、３つのリフレクタの前方側に、車幅方向に延びる一本のシリンドリカルレンズを投影レンズとして配置することが記載されている。これによると、シリンドリカルレンズの位置や各リフレクタの位置が車幅方向に多少ずれていても、略一定形状の配光パターンが形成可能であり、灯具構造が簡素化されるとしている。
特開２００５−２９４１７６号公報
特許文献１に記載の技術では、車幅方向で断面が同一であるシリンドリカルレンズを使用しているので、車両用灯具で形成可能な配光パターンが限定される。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光素子とリフレクタを有する灯具ユニットを複数備え、投影レンズが一体化されている車両用灯具において、種々の配光パターンを形成可能にする技術を提供することにある。
本発明のある態様の車両用灯具は、第１発光素子と、該第１発光素子またはその近傍を焦点とする楕円を基調とした形状のリフレクタと、該リフレクタの前方に配置される第１レンズと、を有する第１灯具ユニットと、第２発光素子と、該第２発光素子の前方に配置されるとともにレンズに接合される第２レンズと、を有し、第１灯具ユニットと隣接する第２灯具ユニットと、を備える。第１レンズは、第２レンズ側が略垂直面で切断された形状をなし、第２レンズは、第１レンズの切断面を所定の線に沿って延ばした形状をなす。
この態様によると、第１レンズをいずれの部分で切断するかに応じて、切断面から所定に沿って延びる第２レンズの形状を変化させることができるので、第２レンズで形成しうる配光パターンのバリエーションが広がる。
本発明の別の態様の車両用灯具は、第１発光素子と、該第１発光素子またはその近傍を焦点とする楕円を基調とした形状のリフレクタと、該リフレクタの前方に配置される第１レンズと、を有する第１灯具ユニットと、第２発光素子と、該第２発光素子の前方に配置されるとともにレンズに接合される第２レンズと、を有し、第１灯具ユニットと隣接する第２灯具ユニットと、を備える。第２レンズは、垂直断面が一定のまま所定の線に沿って延びる形状をなし、第１レンズの焦点と第２レンズの焦線とが略同一平面上に位置するように第１および第２レンズが配置される。
本発明によれば、発光素子とリフレクタを有する灯具ユニットを複数備え、投影レンズが一体化されている車両用灯具において、種々の配光パターンを形成することができる。
本発明の一実施形態に係る車両用灯具の概略斜視図である。 図１の光軸Ａｘを含む鉛直面による切断面を図１のＤ方向から観察した概略断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、一体型投影レンズの形状を詳細に説明する図である。 車両用灯具で形成される配光パターンの一例を示す図である。 （ａ）−（ｄ）は、本発明の別の実施形態に係る一体型投影レンズを示す図である。
図１および２を参照して、本発明の一実施形態に係る車両用灯具１００について説明する。車両用灯具１００は、例えば図１の左右方向が車幅方向に対応するように車体の前部に設置される。
図１は、車両用灯具１００の概略斜視図である。車両用灯具１００は、３つの灯具ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備える。灯具ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、それぞれ独自の光軸Ａｘ、Ｂｘ、Ｃｘを有するいわゆるプロジェクト型の灯具であり、発光素子２４ａ、２４ｂ、２４ｃとリフレクタ２６ａ、２６ｂ、２６ｃとをそれぞれ有する。
これに対し、リフレクタ２６ａ、２６ｂ、２６ｃの前方に配置される投影レンズ２０は、一体的な構造となっている。詳細は後述するが、投影レンズ２０は、図１中の屈曲部２２ｂ、２２ｃを境に配光特性が異なるレンズとなっている。以下、屈曲部２２ｂと２２ｃで挟まれた範囲を部分レンズ２０ａ、屈曲部２２ｂの右側の範囲を部分レンズ２０ｂ、屈曲部２２ｃの左側の範囲を部分レンズ２０ｃと呼ぶ。図１から分かるように、部分レンズ２０ａは灯具ユニット１０ａの一部として機能し、部分レンズ２０ｂは灯具ユニット１０ｂの一部として機能し、部分レンズ２０ｃは灯具ユニット１０ｃの一部として機能する。
図２は、図１に示した光軸Ａｘを含む鉛直面による切断面を図中のＤ方向から観察したときの灯具ユニット１０ａの概略断面図である。
リフレクタ２６ａは、車両前後方向に延びる光軸Ａｘを中心軸とする略楕円曲面状の反射面を発光素子２４ａ側に有している。この反射面は、例えば、光軸Ａｘを含む断面形状が楕円をなし、その離心率が鉛直断面から水平断面へ向けて徐々に大きくなるように設定されている。
光源としての発光素子２４ａ（例えばＬＥＤ）は、光軸Ａｘ上、かつリフレクタ２６ａの反射面の鉛直断面を構成する楕円の第１焦点に配置される。このため、発光素子ａから発せられた光は楕円の第２焦点（図１、２中にＦａで示す）に収束する。
部分レンズ２０ａは、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズである。部分レンズ２０ａは、後側焦点がリフレクタ２６ａの反射面の第２焦点Ｆａと略一致するように配置され、後側焦点面上の像を灯具前方に配置された鉛直仮想スクリーン上に反転像として投影する。
発光素子２４ａが上面に配置されているシェーパー２８ａは、第２焦点Ｆａの近傍まで延在し、鉛直仮想スクリーン上に水平カットオフラインを形成するシェードとしての役割を有する。
灯具ユニット１０ａでは、発光素子２４ａから発せられた光がリフレクタ２６ａの反射面によって反射され、焦点Ｆａ近傍でシェーパー２８ａにより一部の光が遮蔽され、部分レンズ２０ａを通して、仮想鉛直スクリーン上にカットオフラインを有する配光パターンが形成される。
図示はしないが、灯具ユニット１０ｂ、１０ｃも灯具ユニット１０ａと同様の構成を有している。すなわち、灯具ユニット１０ｂでは、発光素子２４ｂから発せられた光がリフレクタ２６ｂの反射面によって反射され、部分レンズ２０ｂを通して仮想鉛直スクリーン上にカットオフラインを有する配光パターンが形成される。同様に、灯具ユニット１０ｃでは、発光素子２４ｃから発せられた光がリフレクタ２６ｃの反射面によって反射され、部分レンズ２０ｃを通して仮想鉛直スクリーン上にカットオフラインを有する配光パターンが形成される。但し、灯具ユニット１０ｂ、１０ｃでは、リフレクタ２６ｂ、２６ｃの反射面の鉛直断面を構成する楕円を車幅方向に延ばした形状である点で、灯具ユニット１０ａとは異なっている。このため、リフレクタ２６ｂ、２６ｃは、車幅方向では発光素子２４ａ、２４ｂからの光を焦点Ｆｂ、Ｆｃ（図１を参照）に収束させない。
図３（ａ）、（ｂ）は、一体型の投影レンズ２０の形状を詳細に説明する図である。図３（ａ）は、平凸非球面レンズの正面図である。平凸非球面レンズの左右両側を、垂直面Ｌｂ、Ｌｃで切断したものが、部分レンズ２０ａに対応する。なお、このような非球面レンズにおいて、図中に点線で表す領域は、リフレクタからの反射光が僅かしか到達しないので、この領域をカットしても全体の光束の量にはあまり影響しない。
図３（ｂ）は、平凸非球面レンズを垂直面Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃで切断したときの断面図である。部分レンズ２０ｂ、２０ｃは、非球面レンズの左右の切断面Ｓｂ、Ｓｃを、所定の線に沿ってスイープさせたときに通過する三次元形状を有している。この所定の線は、本実施形態では曲線であるが、直線であってもよい。
上記所定の線が曲線である場合、部分レンズ２０ｂ、２０ｃはいわゆるトーリックレンズとなる。したがって、部分レンズ２０ｂ、２０ｃは、左右方向にのみ光を拡散させる。このように、部分レンズ２０ａと、部分レンズ２０ｂおよび２０ｃとがそれぞれ異なる断面を有するレンズとなるので、異なる配光機能を持たせることができる。なお、上記所定の線が直線である場合、部分レンズ２０ｂ、２０ｃはいわゆるシリンドリカルレンズになる。
非球面レンズの光軸と同一平面上にあるように上記所定の線を選択すれば、部分レンズ２０ａの焦点と、部分レンズ２０ｂ、２０ｃの焦点とが同一平面上に位置するようになる。
投影レンズは、射出成形などにより一体成形されることが望ましい。しかしながら、部分レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを別々に成形し、図１に示す屈曲部２２ｂ、２２ｃで接着して作成されてもよい。
図４は、車両用灯具１００で形成される配光パターンの一例を示す。図中、パターンＲａが灯具ユニット１０ａで、パターンＲｂが灯具ユニット１０ｂで、パターンＲｃが灯具ユニット１０ｃでそれぞれ形成される配光パターンである。
この例では、３つの灯具ユニットによって、水平線Ｈの直下を最も明るく照射するロービーム配光パターンを形成している。この例のように、３つの灯具ユニットで１つの配光（例えばロービームまたはハイビーム）を形成してもよいし、または、各灯具ユニットでそれぞれ別の配光を形成してもよい。後者の場合、例えば、灯具ユニット１０ａ単独でハイビームとして機能し、灯具ユニット１０ｂと灯具ユニット１０ｃが、それぞれロービーム、クリアランスランプ、コーナリングランプ、デイタイムランニングランプのいずれかとして機能するように、各部分レンズ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの形状を設計してもよい。
図５（ａ）−（ｄ）は、一体型の投影レンズの別の例を示す。図５（ａ）は、図１に示した投影レンズ２０と異なり、中央の部分レンズ５０ａが平凸非球面レンズでなく、発光素子側が凹面に形成された投影レンズ５０を示す。部分レンズ５０ａは両凸レンズであってもよい。図５（ｂ）は、部分レンズ６０ａの右側の部分レンズ６０ｂを直線に沿って延ばすようにした投影レンズ６０を示す。
図５（ｃ）、（ｄ）は、部分レンズが２つである場合の投影レンズ７０、８０をそれぞれ示す。図５（ｃ）の投影レンズ７０では、部分レンズ７０ａの右側の部分レンズ７０ｂが曲線に沿って延びるように形成されているのに対し、図５（ｄ）の投影レンズ８０では、部分レンズ８０ａの右側の部分レンズ８０ｂが直線に沿って延びるように形成されている。図５（ｃ）に示すように、部分レンズを曲線に形成する場合、部分レンズ７０ａの断面Ｓを鉛直線Ｅの周りに回転させたときの軌跡を部分レンズ７０ｂの形状にしてもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、それぞれが光源とリフレクタを有する複数の灯具ユニットを並置した構成の車両用灯具において、投影レンズを一体化することができる。投影レンズを個別に支持する必要がないので、レンズ保持のための構造を簡素化でき、灯室内で保持構造が占める容積を削減することができる。また、投影レンズが別体の場合には、レンズ間の取り付け誤差が生じうるのに対し、投影レンズを一体化することでそのような誤差を排除することができる。
また、元となる非球面レンズをいずれの部分で切断するかに応じて、切断面から左右に延びる部分レンズの形状を変化させることができるので、部分レンズで形成しうる配光パターンのバリエーションが多様になる。
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能であり、同様な効果を得ることができる。
また、上述の各実施形態は、互いに矛盾しない限り、任意のものを組み合わせて使用することができる。
実施の形態では、平凸非球面レンズの左右に延びるシリンドリカル（またはトーリック）レンズは垂直断面が一定であることを述べたが、車両の左端または右端に向かうにつれて断面積がわずかに減少するようにレンズを形成してもよい。
実施の形態では、発光素子から発せられた光がリフレクタによって反射される構成の灯具ユニットについて説明した。しかしながら、一部または全ての灯具ユニットが、発光素子から発せられた光が直接入射するように投影レンズの後方焦点近傍に発光素子を配置した、いわゆる直射型の構成であってもよい。
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 灯具ユニット、 ２０ 投影レンズ、 ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 部分レンズ、 ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 発光素子、 ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ リフレクタ、 Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ 切断面、 １００ 車両用灯具。
本発明によれば、発光素子とリフレクタを有する灯具ユニットを複数備え、投影レンズが一体化されている車両用灯具において、種々の配光パターンを形成することができる。

Claims (6)

  1. 第１発光素子と、該第１発光素子またはその近傍を焦点とする楕円を基調とした形状のリフレクタと、該リフレクタの前方に配置される第１レンズと、を有する第１灯具ユニットと、
    第２発光素子と、該第２発光素子の前方に配置されるとともに前記レンズに接合される第２レンズと、を有し、前記第１灯具ユニットと隣接する第２灯具ユニットと、
    を備え、
    前記第１レンズは、前記第２レンズ側が略垂直面で切断された形状をなし、
    前記第２レンズは、前記第１レンズの切断面を所定の線に沿って延ばした形状をなすことを特徴とする車両用灯具。
  2. 第１発光素子と、該第１発光素子またはその近傍を焦点とする楕円を基調とした形状のリフレクタと、該リフレクタの前方に配置される第１レンズと、を有する第１灯具ユニットと、
    第２発光素子と、該第２発光素子の前方に配置されるとともに前記レンズに接合される第２レンズと、を有し、前記第１灯具ユニットと隣接する第２灯具ユニットと、
    を備え、
    前記第２レンズは、垂直断面が一定のまま所定の線に沿って延びる形状をなし、
    前記第１レンズの焦点と前記第２レンズの焦線とが略同一平面上に位置するように前記第１および第２レンズが配置されることを特徴とする車両用灯具。
  3. 前記所定の線が曲線であることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
  4. 前記第２灯具ユニットは、前記第２発光素子から発せられた光が前記第２レンズに直接入射するように構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用灯具。
  5. 前記第２灯具ユニットは、垂直方向の略楕円形断面を水平方向に延ばした形状のリフレクタを備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用灯具。
  6. 前記第１灯具ユニットがハイビームを構成し、前記第２灯具ユニットがロービームを構成するように、前記第１および第２レンズが設計されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の車両用灯具。
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