JP2017174734A - レンズ体、レンズ結合体及び車両用灯具 - Google Patents

レンズ体、レンズ結合体及び車両用灯具 Download PDF

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Abstract

【課題】見栄えを変化させずに、G値を容易に制御できるレンズ体を提供する。【解決手段】水平方向に延びる基準軸AX1に沿って、第1入射部11、反射面12及び第1出射面13を含む第1レンズ部14と、第2入射面15及び第2出射面16を含む第2レンズ部17とがこの順で配置され、第2出射面16から出射される光Lが、第1出射面13、第2入射面15及び第2出射面16から構成される合成レンズ19の焦点F2近傍に形成される光源像を反転投影して、上端縁に反射面12の前端部によって規定されるカットオフラインを含む所定の配光パターンを形成するように構成されたレンズ体10であって、合成レンズ19の焦点F2は、第2出射面16から出射される光Lが鉛直断面において平行光となるときの位置よりも、第2出射面16から出射される光Lが鉛直断面において拡散光となる方向にオフセットされた位置にある。【選択図】図2

Description

本発明は、レンズ体、レンズ結合体及び車両用灯具に関し、特に、光源と組み合わせて用いられるレンズ体及びレンズ結合体、並びにこれらを備えた車両用灯具に関する。
例えば、車両用前照灯(ヘッドランプ)などの車両用灯具は、デザインの多様化によって、様々な形態のものが開発されている。その中でも、水平方向にライン状に並ぶ複数のレンズ体と、複数のレンズ体に各々対応して設けられた複数の光源とを備えた車両用灯具が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。
このような車両用灯具では、各光源からの光が、各レンズ体の入射面から各レンズ体の内部に入射し、各レンズ体の反射面によって一部が反射された後、各レンズ体の出射面から各レンズ体の外部へと出射される。これにより、車両用灯具の前方に照射される光は、すれ違い用ビーム(ロービーム)として、各レンズ体の出射面の焦点近傍に形成される光源像を反転投影して、上端縁に反射面の前端部によって規定されるカットオフラインを含む配光パターンを形成する。
特開2015−222703号公報
ところで、上述したすれ違い用ビームによる配光パターンの形成においては、カットオフライン近傍に照射される光の一部を拡散させることによって、このカットオフラインの明暗境界を適度にぼかすことが行われている。これにより、G値と呼ばれるカットオフラインを跨ぐ特定位置での光度断面(光度分布)の傾斜度合いが、法規上の基準値を超えて高くなることを防止している。
例えば、従来の車両用灯具では、レンズ体の出射面にフルートカットと呼ばれるレンズカットを設けて、カットオフライン近傍に照射される光の一部を拡散させることが行われている。なお、フルートカットは、水平方向に延在するシリンドリカル状の凸条部又は凹条部であり、鉛直方向に複数並んで配置されている。
しかしながら、このようなフルートカットをレンズ体の出射面に設けた場合には、フルートカットによってレンズ体の見栄えが変化してしまう。例えば、レンズ体の出射面を釣り目形状となる方向に傾けた車両用灯具の場合、この出射面を傾ける方向と、フルートカットが延在する方向とが一致しないため、フルートカットがデザイン的に目立ってしまう虞れがある。
また、上述したG値の最適な設計を行うためには、フルートカットの1つ1つについて位置や幅などを細かく調整する必要がある。このため、フルートカットの設計に必要なパラメータ(設計工数)が増加してしまい、レンズ体の光学設計が複雑となってしまう虞れもある。
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、見栄えを変化させずに、G値を容易に制御できるレンズ体及びレンズ結合体、並びにこれらを備えた車両用灯具を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔1〕 水平方向に延びる基準軸に沿って、第1入射部、反射面及び第1出射面を含む第1レンズ部と、第2入射面及び第2出射面を含む第2レンズ部とがこの順で配置され、光源からの光が、前記第1入射部から前記第1レンズ部の内部に入射し、前記反射面によって一部が反射され、前記第1出射面から前記第1レンズ部の外部に出射された後、前記第2入射面から前記第2レンズ部の内部に入射し、前記第2出射面から前記第2レンズ部の外部に出射されることによって、前記第2出射面から出射される光が、前記第1出射面、前記第2入射面及び前記第2出射面から構成される合成レンズの焦点近傍に形成される光源像を反転投影して、上端縁に前記反射面の前端部によって規定されるカットオフラインを含む所定の配光パターンを形成するように構成されたレンズ体であって、
前記合成レンズの焦点は、前記第2出射面から出射される光が鉛直断面において平行光となるときの位置よりも、前記第2出射面から出射される光が鉛直断面において拡散光となる方向にオフセットされた位置にあることを特徴とするレンズ体。
〔2〕 前記第2入射面は、前記第2出射面から出射される光が鉛直断面において平行光となるときの位置よりも、前記第2出射面から出射される光の進行方向にオフセットされた位置にあることを特徴とする前記〔1〕に記載のレンズ体。
〔3〕 前記第2出射面は、前記第2出射面から出射される光が鉛直断面において平行光となるときの位置よりも、前記第2出射面から出射される光の進行方向にオフセットされた位置にあることを特徴とする前記〔1〕又は〔2〕に記載のレンズ体。
〔4〕 前記第1出射面は、当該第1出射面から出射される光を水平方向に集光させるレンズ面により構成され、
前記第2出射面は、当該第2出射面から出射される光を鉛直方向に集光させるレンズ面により構成され、
前記第2入射面は、平面により構成されていることを特徴とする前記〔1〕〜〔3〕の何れか一項に記載のレンズ体。
〔5〕 前記第1レンズ部と前記第2レンズ部とを連結する連結部を有し、
前記連結部は、前記第1出射面と前記第2入射面との間に空間が形成された状態で、前記第1レンズ部と前記第2レンズ部とを連結していることを特徴とする前記〔1〕〜〔4〕の何れか一項に記載のレンズ体。
〔6〕 前記第2出射面は、当該第2出射面から出射される光の進行方向に対して、前記基準軸を挟んだ水平方向の一端側よりも他端側が後退する方向に向かって所定の角度で傾斜していることを特徴とする前記〔1〕〜〔5〕の何れか一項に記載のレンズ体。
〔7〕 前記第2出射面は、前記基準軸を中心として回転する方向に所定の角度で傾斜していることを特徴とする前記〔1〕〜〔6〕の何れか一項に記載のレンズ体。
〔8〕 複数のレンズ体が水平方向に並んだ状態で結合されたレンズ結合体であって、
前記複数のレンズ体のうち少なくとも1つ以上が、前記〔1〕〜〔7〕の何れか一項に記載のレンズ体により構成されていることを特徴とするレンズ結合体。
〔9〕 前記複数のレンズ体のうち少なくとも2つ以上が、前記〔1〕〜〔7〕の何れか一項に記載のレンズ体により構成され、なお且つ、互いのオフセット量が異なっていることを特徴とする前記〔8〕に記載のレンズ結合体。
〔10〕 前記複数のレンズ体のうち少なくとも1つのレンズ体のオフセット量が0であることを特徴とする前記〔8〕又は〔9〕に記載のレンズ結合体。
〔11〕 前記複数のレンズ体の最終出射面が互いに結合されることによって、水平方向にライン状に延びる連続出射面を構成していることを特徴とする前記〔8〕〜〔10〕の何れか一項に記載のレンズ結合体。
〔12〕 前記〔1〕〜〔7〕の何れか一項に記載のレンズ体と、
前記レンズ体に対応して設けられた光源とを備えることを特徴とする車両用灯具。
〔13〕 前記〔8〕〜〔11〕の何れか一項に記載のレンズ結合体と、
前記レンズ結合体を構成する複数のレンズ体の各々に対応して設けられた複数の光源とを備えることを特徴とする車両用灯具。
以上のように、本発明によれば、見栄えを変化させずに、G値を容易に制御できるレンズ体及びレンズ結合体、並びにこれらを備えた車両用灯具を提供することが可能である。
本発明の第1の実施形態に係るレンズ体を備える車両用灯具の概略構成を示す斜視図である。 図1に示すレンズ体の概略構成を示す側面図である。 図1に示すレンズ体の概略構成を示す断面図である。 図1に示すレンズ体の第1入射部の構成を示す平面図である。 図1に示すレンズ体における反射面の前端部の形状を説明するための模式図である。 レンズ体の前方に照射される光によって仮想鉛直スクリーンの面上に形成された配光パターンを示す光度分布図である。 スラント角が付与されたレンズ体の概略構成を示す平面図である。 釣り目角が付与されたレンズ体の出射面と反射面の前端部との回転方向を示す正面図である。 (a)は、第1出射面を水平集光面とし、第2出射面を鉛直集光面とした構成を示す斜視図、(b)は、第1出射面を鉛直集光面とし、第2出射面を水平集光面とした構成を示す斜視図である。 本発明の第2の実施形態に係るレンズ結合体を備える車両用灯具の概略構成を示す平面図である。 第1の実施例として第2入射面を非オフセットとした場合を説明するための図である。 図11に示す場合の点光源の配光パターンを示す光度分布図である。 第1の実施例として第2入射面を前方にオフセットした場合を説明するための図である。 図13に示す場合の点光源の配光パターンを示す光度分布図である。 第1の実施例として第2入射面を後方にオフセットした場合を説明するための図である。 図15に示す場合の点光源の配光パターンを示す光度分布図である。 第2の実施例として第2出射面を前方にオフセットした場合を説明するための図である。 図17に示す場合の点光源の配光パターンを示す光度分布図である。 第2の実施例として第2出射面を後方にオフセットした場合を説明するための図である。 図19に示す場合の点光源の配光パターンを示す光度分布図である。 第3の実施例として第2入射面のオフセット量が0mmであるレンズ体による基準配光パターンを示す光度分布図である。 第3の実施例として第2入射面のオフセット量が0.25mmであるレンズ体による調整配光パターンを示す光度分布図である。 第3の実施例として第2入射面のオフセット量が0.75mmであるレンズ体による調整配光パターンを示す光度分布図である。 第3の実施例として第2入射面のオフセット量が1.5mmであるレンズ体による調整配光パターンを示す光度分布図である。 図22〜図24に示す各配光パターンを合成した合成配光パターンを示す光度分布図である。 図25に示す合成配光パターンの2Rでの光度断面を示すグラフである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがあり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
(第1の実施形態)
先ず、本発明の第1の実施形態として図1、図2及び図3に示すレンズ体10を備える車両用灯具100について説明する。なお、図1は、レンズ体10を備える車両用灯具100の概略構成を示す斜視図である。図2は、レンズ体10の概略構成を示す側面図である。図3は、レンズ体10の概略構成を示す断面図である。また、以下に示す図面では、XYZ直交座標系を設定し、X軸方向を車両用灯具100(レンズ体10)の前後方向、Y軸方向を車両用灯具100(レンズ体10)の左右方向、Z軸方向を車両用灯具100(レンズ体10)の上下方向として、それぞれ示すものとする。
本実施形態の車両用灯具100は、図1、図2及び図3に示すように、すれ違い用ビーム(ロービーム)を車両前方(+X軸方向)に向けて照射する車両用前照灯(ヘッドライト)を構成するものである。
具体的に、この車両用灯具100は、本発明を適用したレンズ体10と、このレンズ体10に対応して設けられた光源20とを概略備えている。
レンズ体10は、水平方向(X軸方向)に延びる第1基準軸AX1に沿って延びた形状の多面レンズ体である。なお、レンズ体10には、例えば、ポリカーボネイトやアクリル等の透明樹脂やガラスなど、空気よりも屈折率の高い材質のものを用いることができる。また、レンズ体10に透明樹脂を用いた場合は、金型を用いた射出成形によってレンズ体10を形成することが可能である。
レンズ体10は、第1入射部11、反射面12及び第1出射面13を含む第1レンズ部14と、第2入射面15及び第2出射面16を含む第2レンズ部17とを有している。すなわち、このレンズ体10は、第1基準軸AX1に沿って、第1入射部11と、反射面12と、第1出射面13と、第2入射面15と、第2出射面16とが、この順で配置された構成を有している。
また、第1レンズ部14と第2レンズ部17とは、連結部18によって第1出射面13と第2入射面15との間で連結されている。これにより、第1出射面13と第2入射面15とは、第1レンズ部14、第2レンズ部17及び連結部18で囲まれた空間Sを挟んで対向している。
第1入射部11は、第1レンズ部14の後端(後面)側に位置して、この第1入射部11近傍に配置される光源20(正確には、光学設計上の基準点F1)からの光Lを屈折して第1レンズ部14の内部に入射する入射面を構成している。具体的に、この第1入射部11は、例えば図4に示すような構成を有している。なお、図4は、第1入射部11の構成を示す平面図である。
第1入射部11は、図3に示すように、光源20と対向する位置に、第1集光入射面11aと、第2集光入射面11bと、集光反射面11cとを有している。第1集光入射面11aは、その中心部から後方に向かって凸となる自由曲面(非球面)により構成されている。第2集光入射面11bは、第1入射部11の周囲を囲む位置から後方に突出した部分の略円筒状の内周面により構成されている。集光反射面11cは、第1入射部11の周囲を囲む位置から後方に突出した部分の略截頭円錐状の外周面により構成されている。
第1入射部11では、光源20から出射された光Lのうち、第1集光入射面11aから入射した光L1を反射面12に向けて集光させる。一方、第2集光入射面11bから入射した光L2を集光反射面11cで反射(全反射)させることによって、反射面12に向けて集光させる。
これにより、第1入射部11は、この第1入射部11から第1レンズ部14の内部に入射した光Lが、水平断面(Y軸断面)において、第1基準軸AX1に対して平行な光となるように構成されている。
なお、第1入射部11は、この第1入射部11から第1レンズ部14の内部に入射した光Lが、水平断面(Y軸断面)において、第1基準軸AX1寄りに集光するように構成されていてもよい。
一方、第1入射部11は、図2に示すように、この第1入射部11から第1レンズ部14の内部に入射した光Lが、鉛直断面(Z軸断面)において、光源20の中心(基準点F1)と反射面12の前端部12a近傍の点(後述する合成レンズ19の合成焦点F2)とを通過し、且つ、第1基準軸AX1に対して前方斜め下方に向かって傾斜した第2基準軸AX2寄りに集光するように構成されている。
反射面12は、図1及び図2に示すように、第1入射部11の下端縁から前方(+X軸方向)に向かって、水平方向(X軸方向)に延びた平面形状を有している。反射面12は、第1入射部11から第1レンズ部14の内部に入射した光Lのうち、この反射面12に入射した光Lを第1レンズ部14の内部で前方の第1出射面13に向けて反射(全反射)する。これにより、第1レンズ部14では、金属蒸着による金属反射膜を用いることなく、反射面12を形成できるため、コストアップや反射率の低下等を防ぐことが可能である。
また、反射面12は、第1基準軸AX1に対して前方斜め下方に向かって傾斜していてもよい。この場合、反射面12で反射した光Lの一部が第1出射面13に入射しない方向に進む光(迷光)となることを抑制しながら、反射面12で反射した光の利用効率を高めることができる。
反射面12の前端部12aは、第1レンズ部14の内部に入射した光Lのカットオフラインを規定している。具体的に、この反射面12の前端部12aの形状について、図4(a)〜(d)を参照して説明する。なお、図4(a)は、反射面12の前端部12aの正面視形状(第1入射部11側(+X軸方向)から見たときの形状)を示す模式図である。図4(b)〜(d)は、反射面12の前端部12aの側面視形状(側面側(+Y軸方向)から見たときの形状)の例を示す模式図である。
反射面12の前端部12aは、図4(a)に示すように、第1レンズ部14の左右方向(Y軸方向)に延びるように形成されている。具体的に、この反射面12の前端部12aは、左水平カットオフラインに対応した辺e1と、右水平カットオフラインに対応した辺e2と、これら左水平カットオフラインと右水平カットオフラインとの間を接続する斜めカットオフラインに対応した辺e3とを含む段差形状を有している。
なお、図4(a)に示す反射面12の前端部12aの形状は、車両が右側通行の場合を例示している。一方、車両が左側通行の場合、反射面12の前端部12aの形状は、左水平カットオフラインに対応した辺e1と右水平カットオフラインに対応した辺e2との高さを逆転した段差形状となる。また、反射面12の前端部12aの形状については、これらの形状に限らず、水平方向に直線状に延びる水平カットオフラインに対応した辺のみからなる形状としてもよい。
反射面12の前端部12aの側面視形状については、図4(b)に示すように、反射面12の先端部から上方(+Z軸方向)に向かって直線状に延びる形状を有している。また、反射面12の前端部12aの側面視形状については、図4(c)に示すように、前方斜め上方に向かって直線状に延びる形状であってもよく、図4(d)に示すように、前方斜め上方に向かって湾曲して延びる形状であってもよい。
なお、反射面12の前端部12aについては、上述した形状に必ずしも限定されるものではなく、カットオフラインが規定可能な範囲で、適宜変更を加えることが可能である。また、反射面12の前端部12aについては、上述した段差形状に限らず、カットオフラインに対応した溝部によって形成することも可能である。
第1出射面13は、図1、図2及び図3に示すように、第1レンズ部14の前端(前面)側に位置して、この第1出射面13から出射される光Lを水平方向(Y軸方向)に集光させるように、その円柱軸が鉛直方向(Z軸方向)に延びた半円柱状のレンズ面(水平集光面という。)として構成されている。また、第1出射面13の焦線は、反射面12の前端部12a近傍において鉛直方向(Z軸方向)に延びている。
第2入射面15は、第2レンズ部17の後端(後面)側に位置して、第1出射面13から出射した光Lが入射する平面として構成されている。なお、第2入射面15の形状については、このような平面に限らず、曲面(レンズ面)とすることも可能である。
第2出射面16は、レンズ体10の最終出射面として、第2レンズ部17の前端(前面)側に位置して、この第2出射面16から出射される光Lを鉛直方向(Z軸方向)に集光させるように、その円柱軸が水平方向(Y軸方向)に延びた半円柱状のレンズ面(鉛直集光面という。)として構成されている。また、第2出射面16の焦線は、反射面12の前端部12a近傍において水平方向(Y軸方向)に延びている。
また、第1出射面13、第2入射面15及び第2出射面16から構成される合成レンズ19の合成焦点F2は、反射面12の前端部12a近傍(例えば、反射面12の前端部1aの左右方向の中心近傍)に設定されている。
なお、第1レンズ部14及び第2レンズ部17を構成する面のうち、図示や説明を省略したその他の面については、第1レンズ部14及び第2レンズ部17の内部を通過する光Lに悪影響を与えない範囲で自由に設計(例えば、遮蔽するなど。)することが可能である。
光源20には、例えば、発光ダイオード(LED)やレーザーダイオード(LD)等の発光素子を用いることができる。本実施形態では、白色光を発する1つのLEDを用いている。また、LEDには、車両照明用の高出力タイプのものが使用されている。なお、光源20の種類については、特に限定されるものではなく、上述した発光素子以外の光源を用いてもよい。
光源20は、このLEDが発する光Lの光軸が第1基準軸AX1に対して平行となるように配置されている。また、光源20は、このLEDが発する光Lを車両前方(+X軸方向)に向けて放射状に出射する。また、光源20は、このLEDが発する光Lの光軸を前方斜め下方に向けた状態、すなわち、このLEDが発する光Lの光軸が第2基準軸AX2に一致した状態で配置されていてもよい。
以上のようなレンズ体10を備える車両用灯具100では、第1入射部11から第1レンズ部14の内部に入射した光源20からの光Lのうち、反射面12で反射された後、第1出射面13に向かって進行する光(反射光)と、第1出射面13に向かって進行する光(直進光)とが、第1出射面13から第1レンズ部14の外部(空間S)へと出射される。そして、この光Lは、空間Sを通過しながら、第2入射面15から第2レンズ部17の内部に入射した後、第2出射面16から第2レンズ部17の外部へと出射される。
これにより、レンズ体10の前方に照射される光Lは、すれ違い用ビーム(ロービーム)として、合成レンズ19の合成焦点F2近傍に形成される光源像を反転投影して、上端縁に反射面12の前端部12aによって規定されるカットオフラインを含む所定の配光パターン(図示せず。)を形成する。
ここで、シミュレーションによりレンズ体10に正対した仮想鉛直スクリーンに対して、レンズ体10の前方に照射される光Lを投影したときの光源像を図6に示す。なお、図6は、仮想鉛直スクリーンの面上に形成された配光パターンPを示す光度分布図である。また、仮想鉛直スクリーンは、レンズ体10の第2出射面16から約25m前方に配置されている。
レンズ体10の前方に照射される光Lによる光源像は、図6に示す仮想鉛直スクリーンの面上において、上端縁に反射面12の前端部12aの各辺e1〜e3に対応した各カットオフラインCL1〜CL3(以下、まとめてカットオフラインCLとする。)を含む配光パターンPを形成する。
ところで、本実施形態のレンズ体10では、図3に示すように、第2出射面16から出射される光Lが鉛直断面(Z軸断面)において平行光となるときの位置(以下、非オフセット位置という。)よりも、第2出射面16から出射される光Lが鉛直断面(Z軸断面)において拡散光となる方向にオフセットされた位置(以下、オフセット位置という。)に、合成レンズ19の焦点F2を配置した構成となっている。
具体的に、本実施形態のレンズ体10では、第2入射面15が、非オフセット位置よりも第2出射面16から出射される光Lの進行方向(+X軸方向)にオフセットされた位置にある。これにより、合成レンズ19の焦点F2をオフセット位置に配置し、第2出射面16から出射される光Lを鉛直断面(Z軸断面)において拡散させることができる。
また、本実施形態のレンズ体10では、上述した第2入射面15をオフセットさせる代わりに、第2出射面16をオフセットさせることも可能である。また、第2入射面15と共に、第2出射面16をオフセットさせてもよい。
具体的に、第2出射面16をオフセットさせる場合は、この第2出射面16を非オフセット位置によりも、第2出射面16から出射される光Lの進行方向(+X軸方向)にオフセットすることが好ましい。これにより、合成レンズ19の焦点F2をオフセット位置に配置し、第2出射面16から出射される光Lを鉛直断面(Z軸断面)において拡散させることができる。
以上のように、本実施形態のレンズ体10では、合成レンズ19の焦点F2をオフセット位置に配置する。これにより、第2出射面16から出射される光Lを鉛直断面(Z軸断面)において拡散させることができ、上記図6に示す配光パターンPにおいて、カットオフラインCLの明暗境界を適度にぼかすことが可能である。すなわち、上述したG値が法規上の基準値を超えて高くなることを防止できる。
なお、上述した第2入射面15や第2出射面16をオフセットさせる量(以下、オフセット量という。)については、特に規定しないものの、上述したG値が法規上の基準値を満たすように、そのオフセット量を調整すればよい。
また、合成レンズ19の焦点F2をオフセット位置に配置する方法としては、上述した第2入射面15や第2出射面16を、第2出射面16から出射される光Lの進行方向(+X軸方向)とは反対方向(−X軸方向)にオフセットさせる方法がある。
この場合も、第2出射面16から出射される光Lを鉛直断面(Z軸断面)において拡散させることができる。しかしながら、レンズ体10の光学設計によっては焦点F2が鉛直方向(Z軸方向)に移動してしまい、意図しないボケが生じることがある。
さらに、合成レンズ19の焦点F2をオフセット位置に配置する方法としては、合成レンズ19を構成する第2入射面15や第2出射面16の他にも、第1出射面13をオフセットさせる方法が考えられる。
しかしながら、第1出射面13をオフセットさせた場合は、この第1出射面13が水平方向(Y軸方向)に集光する機能を有することから、第2出射面16から出射される光Lを水平断面(Y軸断面)において拡散させることになる。
この場合、上記図6に示す配光パターンPにおいて、カットオフラインCLの位置が本来の設定位置からずれてしまい、このカットオフラインCLのボケ量が大きくなり過ぎてしまう。
以上のようにして、本実施形態のレンズ体10では、第2出射面16にフルートカットのようなレンズカットを設けることなく、G値の最適な設計を行うことができる。また、上述した第2入射面15のオフセット量を調整するだけでよいため、G値を最適化するための設計工数が少なく、このレンズ体10の光学設計を容易に行うことが可能である。
したがって、このような本発明を適用したレンズ体10を備える車両用灯具100では、レンズ体10の見栄えを変化させずに、レンズ体10のG値を容易に制御することが可能である。
なお、本発明は、上記第1の実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記車両用灯具100では、図7に示すレンズ体10Aのように、車両先端側のコーナー部に付与されたスラント形状に合わせて、最終出射面となる第2出射面16にスラント角(キャンバー角ともいう。)が付与された構成としてもよい。なお、図7は、スラント角が付与されたレンズ体10Aの概略構成を示す平面図である。
すなわち、スラント角が付与された第2出射面16は、車両進行方向(+X軸方向)に対して車幅方向(Y軸方向)の内側(+Y軸側)よりも外側(−Y軸側)が後退する方向(−X軸方向)に向かって所定の角度(後退角)θxで傾斜している。
この構成の場合、反射面12の前端部12aについては、この後退角θxに応じて調整された形状を有することが好ましい。すなわち、第2出射面16にスラント角を付与する場合、第2出射面16が傾斜する角度(後退角)θxによって、反射面12の前端部12aと第2出射面16との間で光の光路が変化する。これに合わせて、第2出射面16が傾斜していないとき(θ=0°)からの変化分をキャンセルするように、反射面12の前端部12aにおける形状Cを調整(補正)することが好ましい。
具体的に、反射面12の前端部12aは、第2出射面16から出射される光Lの進行方向(+X軸方向)に対して、その最も後退した位置Bが第1基準軸AX1を挟んだ水平方向(Y軸方向)の一端(−Y軸)側にシフトした非対称な形状Cを有している。また、反射面12の前端部12aは、第2出射面16から出射される光Lの進行方向(+X軸方向)に対して、第1基準軸AX1を挟んだ水平方向(Y軸方向)の一端(−Y軸)側が調整前よりも相対的に後退し、その他端(+Y軸)側が調整前よりも相対的に前進するように湾曲した形状Cを有している。
これにより、反射面12の前端部12aと第2出射面16との間で光の光路を最適化し、上述したオフセット量に応じた最適な配光パターンPを形成することが可能である。
また、上記車両用灯具100では、図8に示すレンズ体10Bのように、第1基準軸AX1を中心として回転する方向に、第2出射面16が所定の角度(釣り目角)θzで傾斜している構成としてもよい。なお、図8は、レンズ体10Bの釣り目角θzが付与された第2出射面16と、反射面12の前端部12aとの回転方向を示す正面図である。
この構成の場合、第2出射面16が傾斜する角度(釣り目角)θzに応じて、第1基準軸AX1を中心として第2出射面16の回転方向(+方向)とは反対方向(−方向)に、所定の角度−θzで反射面12の前端部12aを傾斜させる。これにより、第2出射面16が所定の角度(釣り目角)θzで傾斜している場合でも、その回転方向に応じた方向に配光パターンPが回転することを抑制することが可能である。
なお、第2出射面16が傾斜する角度θzと、反射面12の前端部12aが傾斜する角度−θzとは、必ずしも角度範囲が一致している必要はなく、例えば、図8に示すレンズ体10Bでは、θzが5°のとき、−θzが約−7.5°である。
また、上記レンズ体10では、図9(a)に示すように、第1出射面13を水平集光面とし、第2出射面16を鉛直集光面とした構成となっているが、それとは逆の構成とすることも可能である。すなわち、本発明では、図9(b)に示すレンズ体10Cのように、第1出射面13を鉛直集光面とし、第2出射面16を水平集光面とした構成とすることも可能である。
なお、図9(a)に示す構成の場合は、第1出射面13の円柱軸がレンズ体10の成形後に金型からレンズ体10を抜き取る方向(+Z軸方向)と一致する。この場合、一度の型抜きで(スライドを使用することなく)レンズ体10の離型が可能となるため、レンズ体10を安価に製造できる。
一方、図9(b)に示す構成の場合は、第1出射面13の円柱軸がレンズ体10Cの成形後に金型からレンズ体10Cを抜き取る方向(+Z軸方向)と不一致となる。この場合、レンズ体10Cの成形後に金型からレンズ体10Cを抜き取ることが不可能となる。このため、レンズ体10Cについては、第1レンズ部14と第2レンズ部17とを分離した構成することが好ましい。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態として図10に示すレンズ結合体50を備える車両用灯具200について説明する。なお、図10は、車両用灯具200の概略構成を示す平面図である。また、以下の説明では、上記車両用灯具100(レンズ体10)と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
本実施形態の車両用灯具200は、図10に示すように、車両先端側の両コーナー部(本実施形態では左側コーナー部の場合を例示する。)に配置される車両用前照灯(ヘッドライト)を構成するものである。
具体的に、この車両用灯具200は、本発明を適用したレンズ結合体50と、このレンズ結合体50を構成する複数のレンズ体51A〜51Dの各々に対応して設けられた複数の光源20とを概略備えている。
すなわち、この車両用灯具200は、複数のレンズ体51A〜51Dと、これら複数のレンズ体51A〜51Dの各々に対応して設けられた複数の光源20とから構成される複数の灯体セル60A〜60Dを備え、これら複数の灯体セル60A〜60Dを水平方向(Y軸方向)に一列に並べて配置した構成である。なお、本実施形態では、4つの灯体セル60A〜60D(レンズ体51A〜51D)を並べて配置した構成を例示しているが、その配置する数については特に限定されるものでない。
複数のレンズ体51A〜51Dは、後述する第2出射面16のオフセット量が異なる以外は、上記レンズ体10と基本的に同じ構成を有している。また、レンズ結合体50は、複数のレンズ体51A〜51Dが並んだ状態で、各々の第2出射面16が結合されることによって、水平方向(Y軸方向)にライン状に延びる半円柱状の連続出射面16Aを有している。
本実施形態の車両用灯具200では、このような水平方向にライン状に延びる一体感のある見栄えのレンズ結合体50を備えることで、そのデザイン性を向上させることが可能である。
なお、レンズ結合体50については、複数のレンズ体51A〜51Dを一体に成形したものに限らず、複数のレンズ体51A〜51Dを別体に成形した後に、これらをレンズホルダ等の保持部材に保持することで、一体の構成とすることも可能である。
また、レンズ結合体50では、車両先端側のコーナー部に付与されたスラント形状に合わせて、最終出射面となる連続出射面16Aにスラント角(キャンバー角)が付与されている。すなわち、この連続出射面16Aは、車両進行方向(+X軸方向)に対して車幅方向(Y軸方向)の内側(+Y軸側)よりも外側(−Y軸側)が後退する方向(−X軸方向)に向かって所定の角度(後退角)θxで傾斜している。
レンズ結合体50では、上記図7に示す場合と同様に、連続出射面16Aが傾斜する角度(後退角)θxに応じて、各レンズ体51A〜51Dの反射面12の前端部12aにおける形状が調整(補正)されている。これにより、各レンズ体51A〜51Dにおける反射面12の前端部12aと第2出射面16(連続出射面16A)との間で光Lの光路を最適化し、上述したオフセット量に応じた最適な配光パターンPを形成することが可能である。
以上のようなレンズ結合体50(複数の灯体セル51A〜51D)を備える車両用灯具200では、各灯体セル51A〜51Dにおいて、第1入射部11から第1レンズ部14の内部に入射した光源20からの光Lのうち、反射面12で反射された後、第1出射面13に向かって進行する光(反射光)と、第1出射面13に向かって進行する光(直進光)とが、第1出射面13から第1レンズ部14の外部(空間S)へと出射される。そして、この光Lは、空間Sを通過しながら、第2入射面15から第2レンズ部17の内部に入射した後、第2出射面16から第2レンズ部17の外部へと出射される。
これにより、各レンズ体51A〜51Dの前方に照射される光Lは、すれ違い用ビーム(ロービーム)LBとして、合成レンズ19の合成焦点F2近傍に形成される光源像を反転投影して、上端縁に反射面12の前端部12aによって規定されるカットオフラインCLを含む所定の配光パターンPを形成する。また、各灯体セル51A〜51Dにより形成された配光パターンPを合成(重畳)することで、全体として1つの配光パターン(以下合成配光パターンという。)を形成する。
ところで、本実施形態の車両用灯具200では、複数の灯体セル60A〜60D(レンズ体51A〜51D)のうち、1つの灯体セル60Aを構成するレンズ体51Aのオフセット量を0(非オフセット)とし、残りの灯体セル60B〜60Dを構成するレンズ体51B〜51Dに対して互いに異なるオフセット量を付加している。
具体的に、本実施形態の車両用灯具200では、先ず、第2出射面16のオフセット量が0(非オフセット)となるレンズ体51A(灯体セル60A)によって、G値が最大となる配光パターン(以下、基準配光パターンという。)を設定する。
次に、この基準配光パターンにおけるカットオフラインCLの位置及びそのG値を基準にして、残りのレンズ体51B〜50D(灯体セル60B〜60D)において、第2出射面16のオフセット量を調整しながら、これら残りのレンズ体51B〜50Dによって形成される複数の配光パターン(以下、調整配光パターンという。)を基準配光パターンに重畳する。
このとき、各レンズ体51B〜50Dのオフセット量を互いに異ならせることで、基準配光パターンと複数の調整配光パターンとを合成(重畳)して得られる合成配光パターンのG値を細かく制御することができる。
また、合成配光パターンにおけるカットオフラインCLの位置は、オフセット前の基準配光パターンにおけるカットオフラインCLの位置と変わらないため、この位置を基準にしてG値を容易に制御することが可能である。
以上のようにして、本実施形態のレンズ結合体50では、連続出射面16Aにフルートカットのようなレンズカットを設けることなく、G値の最適な設計を行うことができる。また、上述した各レンズ体51A〜51Dの第2入射面15のオフセット量を調整するだけでよいため、G値を最適化するための設計工数が少なく、このレンズ結合体50の光学設計を容易に行うことが可能である。
したがって、このようなレンズ結合体50を備える車両用灯具200では、レンズ結合体50の見栄えを変化させずに、レンズ結合体50のG値を容易に制御することが可能である。
なお、上記車両用灯具200では、複数の灯体セル60A〜60D(レンズ体51A〜51D)のうち、1つの灯体セル60Aを構成するレンズ体51Aを非オフセットとし、残りの灯体セル60B〜60Dを構成する各レンズ体51B〜51Dをオフセットする構成を例示しているが、このような構成に必ずしも限定されるものではない。
すなわち、本発明では、複数の灯体セルのうち、少なくとも1つ以上の灯体セルを構成するレンズ体をオフセットすればよい。また、2つ以上の灯体セルを構成するレンズ体をオフセットする場合は、互いのオフセット量を異ならせることが好ましい。さらに、少なくとも1つの灯体セルを構成するレンズ体を非オフセットとすることで、カットオフラインCLの位置をオフセット前から変えずに、このカットオフラインCLのG値を容易に制御することが可能である。
なお、本発明は、上記第2の実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記車両用灯具200では、図示を省略するものの、上記図8に示す場合と同様に、第1基準軸AX1を中心として回転する方向に、連続出射面16Aが所定の角度(釣り目角)θzで傾斜している構成としてもよい。
この場合、連続出射面16Aが傾斜する角度(釣り目角)θzに応じて、第1基準軸AX1を中心として連続出射面16Aの回転方向(+方向)とは反対方向(−方向)に、所定の角度−θzで各レンズ体51A〜51Dにおける反射面12の前端部12aを傾斜させる。これにより、連続出射面16Aが所定の角度(釣り目角)θzで傾斜している場合でも、その回転方向に応じた方向に配光パターンPが回転することを抑制することが可能である。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
(第1の実施例)
先ず、第1の実施例として、上記レンズ体10の第2入射面15をオフセットさせる場合について、図11〜図16を参照して説明する。
なお、図11は、第2入射面15のオフセット量を0(非オフセット)とした場合を説明するための図であり、(a)は、そのレンズ体10のオフセット状態を示す側面図、(b)は、その第2出射面16側から平行光を入射したときの光線追跡を行った光路図、(c)は、その合成レンズ19の焦点F2近傍を拡大した光路図である。
図12は、図11に示す場合の点光源Dの配光パターンを示す光度分布図である。具体的に、図12示す点光源Dの配光パターンは、シミュレーションによりレンズ体10に正対した仮想鉛直スクリーンに対して、非オフセット時の合成レンズ19の焦点F2に、ランバーシアンの点光源(半径0.5mmの球)Dを配置したときの光源像を表す。図12に示す光度分布図では、光度の最大値は141,700cdであり、光度の縦の半値幅は0.3deg程度であった。
一方、図13は、第2入射面15のオフセット量を前方(+X軸方向)に1mmとした場合を説明するための図であり、(a)〜(c)の表記については、上記図11に示す場合と同様である。但し、図13に示す場合は、合成レンズ19の焦点F2が非オフセット時の点光源Dの位置から前方に0.5mmオフセットした位置にある。
図14は、図13に示す場合の点光源Dの配光パターンを示す光度分布図であり、そのシミュレーションの条件については、上記図12に示す場合と同様である。但し、図14に示す光度分布図では、光度の最大値は108,500cdであり、光度の縦の半値幅は0.4deg程度であった。
一方、図15は、第2入射面15のオフセット量を後方(−X軸方向)に1mmとした場合を説明するための図であり、(a)〜(c)の表記については、上記図11に示す場合と同様である。但し、図15に示す場合は、合成レンズ19の焦点F2が非オフセット時の点光源Dの位置から後方に0.5mmオフセットした位置にある。
図16は、図15に示す場合の点光源Dの配光パターンを示す光度分布図であり、そのシミュレーションの条件については、上記図12に示す場合と同様である。但し、図16に示す光度分布図では、光度の最大値は114,400cdであり、光度の縦の半値幅は0.35deg程度であった。
図13及び図14に示すように、上記レンズ体10の第2入射面15を前方にオフセットした場合には、図11及び図12に示す非オフセットの場合に比べて、点光源Dの配光パターンを拡散させる効果が得られた。
一方、図15及び図16に示すように、上記レンズ体10の第2入射面15を後方にオフセットした場合には、図11及び図12に示す非オフセットの場合に比べて、点光源Dの配光パターンを拡散させる効果が得られた。
しかしながら、上記レンズ体10の第2入射面15を後方にオフセットした場合は、上述した配光パターンPにカットオフラインCLを形成する設計を行った際に、合成レンズ19の焦点F2が鉛直方向(Z軸方向)に移動してしまい、意図しないボケが生じることがある。
(第2の実施例)
次に、第2の実施例として、上記レンズ体10の第2出射面16をオフセットさせる場合について、図17〜図20を参照して説明する。
なお、図17は、第2出射面16のオフセット量を前方(+X軸方向)に0.5mmとした場合を説明するための図であり、(a)〜(c)の表記については、上記図11に示す場合と同様である。但し、図17に示す場合は、合成レンズ19の焦点F2が非オフセット時の点光源Dの位置から前方に0.5mm、下方に0.1mmオフセットした位置にある。
図18は、図17に示す場合の点光源Dの配光パターンを示す光度分布図であり、そのシミュレーションの条件については、上記図12に示す場合と同様である。但し、図18に示す光度分布図では、光度の最大値は69,200cdであり、光度の縦の半値幅は0.6deg程度であった。
一方、図19は、第2出射面16のオフセット量を後方(−X軸方向)に0.5mmとした場合を説明するための図であり、(a)〜(c)の表記については、上記図11に示す場合と同様である。但し、図19に示す場合は、合成レンズ19の焦点F2が非オフセット時の点光源Dの位置から後方に0.5mm、上方に0.1mmオフセットした位置にある。
図20は、図19に示す場合の点光源Dの配光パターンを示す光度分布図であり、そのシミュレーションの条件については、上記図12に示す場合と同様である。但し、図20に示す光度分布図では、光度の最大値は115,100cdであり、光度の縦の半値幅は0.35deg程度であった。
図17及び図18に示すように、上記レンズ体10の第2出射面16を前方にオフセットした場合には、図11及び図12に示す非オフセットの場合に比べて、点光源Dの配光パターンを拡散させる効果が得られた。また、微量ながら合成レンズ19の焦点F2が下方にオフセットすることによって、配子パターンの下方への移動が確認された。
一方、図19及び図20に示すように、上記レンズ体10の第2出射面16を後方にオフセットした場合には、図11及び図12に示す非オフセットの場合に比べて、点光源Dの配光パターンを拡散させる効果が得られた。また、微量ながら合成レンズ19の焦点F2が上方にオフセットすることによって、配子パターンの上方への移動が確認された。
しかしながら、上記レンズ体10の第2出射面16を後方にオフセットした場合は、上述した配光パターンPにカットオフラインCLを形成する設計を行った際に、合成レンズ19の焦点F2が鉛直方向(Z軸方向)に移動してしまい、意図しないボケが生じることがある。
(第3の実施例)
次に、第3の実施例として、上記車両用灯具200を実際にシミュレーションにより設計する場合について、図21〜図26を参照して説明する。
第3の実施例では、先ず、1つ目の灯体セル60Aについて、レンズ体51Aの第2入射面15のオフセット量を0mmに設定した。そして、シミュレーションによりレンズ体51Aに正対した仮想鉛直スクリーンに対して、レンズ体51Aの前方に照射される光を投影したときの配光パターン(基準配光パターン)を図21に示す。
また、図21に示す基準配光パターンについて、2Rでの光度断面からG値の測定を行ったところ、オフセット前のG値は0.483であった。なお、オフセット前のG値は、欧州法規を満たさない値である。
次に、2〜4つ目の灯体セル60B〜60Dについて、各レンズ体51B〜51Dの第2入射面15のオフセット量を、それぞれ0.25mm、0.75mm、1.5mmに設定した。そして、シミュレーションにより各レンズ体51B〜51Dに正対した仮想鉛直スクリーンに対して、各レンズ体51B〜51Dの前方に照射される光を投影したときの配光パターン(調整配光パターン)をそれぞれ図22〜図24に示す。
次に、図22〜図24に示す各配光パターンを重畳(合成)した配光パターン(合成配光パターン)を図25に示す。また、図25に示す合成配光パターンにおける2Rでの光度断面を図26に示す。
そして、図26に示す光度断面からG値の測定を行ったところ、オフセット後のG値は0.187であった。なお、オフセット後のG値は、欧州法規を満たす値である。
10,10A〜10C…レンズ体 11…第1入射部 12…反射面 12a…反射面の前端部 13…出射面 14…第1レンズ部 15…第2入射面 16…第2出射面 16A…連続出射面 17…第2レンズ部 18…連結部 19…合成レンズ 20…光源 50…レンズ結合体 51A〜51D…レンズ体 60A〜60D…灯体セル 100,200…車両用灯具 AX1…第1基準軸(基準軸) F2…合成レンズの焦点 L…光 P…配光パターン

Claims (13)

  1. 水平方向に延びる基準軸に沿って、第1入射部、反射面及び第1出射面を含む第1レンズ部と、第2入射面及び第2出射面を含む第2レンズ部とがこの順で配置され、光源からの光が、前記第1入射部から前記第1レンズ部の内部に入射し、前記反射面によって一部が反射され、前記第1出射面から前記第1レンズ部の外部に出射された後、前記第2入射面から前記第2レンズ部の内部に入射し、前記第2出射面から前記第2レンズ部の外部に出射されることによって、前記第2出射面から出射される光が、前記第1出射面、前記第2入射面及び前記第2出射面から構成される合成レンズの焦点近傍に形成される光源像を反転投影して、上端縁に前記反射面の前端部によって規定されるカットオフラインを含む所定の配光パターンを形成するように構成されたレンズ体であって、
    前記合成レンズの焦点は、前記第2出射面から出射される光が鉛直断面において平行光となるときの位置よりも、前記第2出射面から出射される光が鉛直断面において拡散光となる方向にオフセットされた位置にあることを特徴とするレンズ体。
  2. 前記第2入射面は、前記第2出射面から出射される光が鉛直断面において平行光となるときの位置よりも、前記第2出射面から出射される光の進行方向にオフセットされた位置にあることを特徴とする請求項1に記載のレンズ体。
  3. 前記第2出射面は、前記第2出射面から出射される光が鉛直断面において平行光となるときの位置よりも、前記第2出射面から出射される光の進行方向にオフセットされた位置にあることを特徴とする請求項1又は2に記載のレンズ体。
  4. 前記第1出射面は、当該第1出射面から出射される光を水平方向に集光させるレンズ面により構成され、
    前記第2出射面は、当該第2出射面から出射される光を鉛直方向に集光させるレンズ面により構成され、
    前記第2入射面は、平面により構成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のレンズ体。
  5. 前記第1レンズ部と前記第2レンズ部とを連結する連結部を有し、
    前記連結部は、前記第1出射面と前記第2入射面との間に空間が形成された状態で、前記第1レンズ部と前記第2レンズ部とを連結していることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のレンズ体。
  6. 前記第2出射面は、当該第2出射面から出射される光の進行方向に対して、前記基準軸を挟んだ水平方向の一端側よりも他端側が後退する方向に向かって所定の角度で傾斜していることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載のレンズ体。
  7. 前記第2出射面は、前記基準軸を中心として回転する方向に所定の角度で傾斜していることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載のレンズ体。
  8. 複数のレンズ体が水平方向に並んだ状態で結合されたレンズ結合体であって、
    前記複数のレンズ体のうち少なくとも1つ以上が、請求項1〜7の何れか一項に記載のレンズ体により構成されていることを特徴とするレンズ結合体。
  9. 前記複数のレンズ体のうち少なくとも2つ以上が、請求項1〜7の何れか一項に記載のレンズ体により構成され、なお且つ、互いのオフセット量が異なっていることを特徴とする請求項8に記載のレンズ結合体。
  10. 前記複数のレンズ体のうち少なくとも1つのレンズ体のオフセット量が0であることを特徴とする請求項8又は9に記載のレンズ結合体。
  11. 前記複数のレンズ体の最終出射面が互いに結合されることによって、水平方向にライン状に延びる連続出射面を構成していることを特徴とする請求項8〜10の何れか一項に記載のレンズ結合体。
  12. 請求項1〜7の何れか一項に記載のレンズ体と、
    前記レンズ体に対応して設けられた光源とを備えることを特徴とする車両用灯具。
  13. 請求項8〜11の何れか一項に記載のレンズ結合体と、
    前記レンズ結合体を構成する複数のレンズ体の各々に対応して設けられた複数の光源とを備えることを特徴とする車両用灯具。
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