JP4565653B2

JP4565653B2 - 車両用ｌｅｄ灯具

Info

Publication number: JP4565653B2
Application number: JP2006046658A
Authority: JP
Inventors: 孝佐藤; 任史河田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2026-02-23
Also published as: JP2007227143A

Description

本発明は、ＬＥＤを光源とする車両用ＬＥＤ灯具に関する。

車両用灯具には、リアコンビネーションランプのように、1つの灯具のなか（灯室内）にテールランプユニット、ストップランプユニット、バックランプユニット及びウインカーランプユニットの４つのランプユニットを具備したものがあり、各ランプユニットには夫々、光源、リフレクタ、レンズ等が配設されている。

この場合、４つの独立したランプユニットで構成されたリアコンビネーションランプは、小型化の要求に対して構成上の制限が加わり、設計の自由度が制約されることになる。

また、１つのリアコンビネーションランプを設計するにあたっては、各ランプユニットを構成するリフレクタ、レンズ等を個別に設計する必要があるために設計工数が増加し、製造するにあたっては、部品点数が増加にするために金型費及び材料費が上昇することになる。

ところで、近年、車両用灯具の光源としてＬＥＤが徐々に採用されてきており、ハイマウントストップランプ、ストップランプ、テールランプ及びウインカーランプ等は既に実用化されている。ＬＥＤ光源は、一般的に一枚の回路基板に複数のＬＥＤを実装し、図６に示すようなマトリックス状の回路構成で配線されて電圧を印加することによって駆動（点灯）される。

この場合、少なくとも１つのＬＥＤにショート、オープン等の不具合が発生して交換の必要性が生じた場合、全てのＬＥＤが１枚の回路基板に実装されているために回路基板毎交換することになり、部品交換のコストが高価なものになる。

また、少なくとも１つのＬＥＤの電気的特性（特に、順方向電圧）が他のＬＥＤと異なる場合、回路構成上、他のＬＥＤの明るさにも影響を与え、明るさばらつきの大きい光源となってしまう。従って、回路基板に実装するにあたっては、予め電気的特性の選別を施すことが必要であり、製造コストを上昇させる要因となるものである。

ＬＥＤを光源とする車両用灯具として、図７に示すようなテールランプ５０が提案されている。それは、円筒部５１と底部５２とからなるハウジング５３とアウターレンズ５４とを備え、円筒部５１の内面には円周方向に沿って複数のＬＥＤ５５が実装され、底部５２は各ＬＥＤを焦点とする放物線を円周方向で集合した形状のリフレクタ面５６を有している。

各ＬＥＤ５５から出射した光はリフレクタ面５６で反射されて平行光となり、アウターレンズ５４で配光制御されて灯具前方を照射するものである（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−７８９３８号公報

上述の車両用灯具においては、リフレクタ面５６は各ＬＥＤ５５から出射された光を平行光としてアウターレンズ５４方向に向けるためだけの機能しか有しておらず、外部から灯具に向けて照射された光を再度外部に戻すための再帰反射面としての機能は有していない。そのため、車両に再帰反射機能を持たせるためには車両の灯具以外の場所に別途再帰反射体を搭載する必要がある。

また、このような灯具の構成には、ＬＥＤから出射された光の光路をＬＥＤ群単位で制御する光路制御手段が施されていないため、例えばテールランプとバックランプのように異なる配光特性あるいは異なる色調の照射光が要求される複数のランプユニットを一体に構成することは不可能である。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、小型化を実現して設計の自由度を高め、且つ配光特性あるいは照射光の色調の異なる複数のランプユニットを一体に構成すると共に再帰反射機能を兼ね備えた車両用ＬＥＤ灯具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、レンズとハウジングによって形成された灯室内に、光源となる複数個のＬＥＤが配設された車両用ＬＥＤ灯具であって、前記レンズの灯室内側は頂角を灯室内方向に向けた複数の三角プリズムを略平行に形成した断面鋸歯形状のプリズムレンズが形成されており、前記各三角プリズムを挟んだ該三角プリズムの夫々の側面側に前記複数個のＬＥＤが該ＬＥＤの光軸を前記三角プリズムに向けて配設されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記プリズムレンズに形成された各三角プリズムの共通する一方の側面で反射されたＬＥＤ光と各三角プリズムの共通する他方の側面で反射されたＬＥＤ光とが夫々異なる光学系を構成すると共に、外部から前記灯具内に入射した光が前記各三角プリズムの両側面で順次反射されて再度灯具外に出射される再帰反射の光学系を構成することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１または２の何れか１項において、前記プリズムレンズに形成された各三角プリズムの両側面の夫々は、少なくとも一部にハーフミラー膜または金属膜が形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記プリズムレンズに形成された各三角プリズムの共通する一方の側面側に配設されたＬＥＤと、各三角プリズムの共通する他方の側面側に配設されたＬＥＤとは、互いに異なる波長の光を発することを特徴とするものである。

本発明の車両用ＬＥＤ灯具は、灯室の形成部材となるレンズの灯室内側に頂角を灯室内方向に向けた複数の三角プリズムを略平行に形成した断面鋸歯形状のプリズムレンズを形成し、前記各三角プリズムを挟んだ該三角プリズムの夫々の側面側に複数個のＬＥＤを該ＬＥＤの光軸を前記三角プリズムに向けて配設した。

そして、プリズムレンズに形成された各三角プリズムの共通する一方の側面で反射されたＬＥＤ光と各三角プリズムの共通する他方の側面で反射されたＬＥＤ光とが夫々異なる光学系を構成すると共に、外部から灯具内に入射した光が各三角プリズムの両側面で順次反射されて再度灯具外に出射される再帰反射の光学系を構成することとなった。

その結果、配光特性あるいは照射光の色調の異なる、例えばテールランプやストップランプ等、バックランプや車両後方監視カメラ用照明光源等、再帰反射体の複数のランプユニットを一体に構成すると共に再帰反射機能を兼ね備え、小型化によって設計の自由度を高めた車両用ＬＥＤ灯具を提供することができた。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図５を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明の車両用ＬＥＤ灯具に係わる実施形態を示す斜視図であり、灯具を構成する部材のうち、光源となるＬＥＤと前記ＬＥＤ光源から出射された光の配光を制御するレンズとの関係を示したものである。

レンズ１は、透光性材料からなり、灯具を構成したときに、灯具の外側（車室外）となる面が平らな面２に形成され、灯具の内側（灯室側）となる面が多数のプリズム３を略平行に形成した断面鋸歯形状のプリズムレンズ面４となっている。

レンズ１の灯具外側となる平らな面２は灯具のデザインに基づいて設計され、平面、二次曲面、三次曲面等に形成される。従って、この平らな面２は各プリズム３の底面５に対応する面となっており、各プリズム３の頂角６は灯室内方向に向いている。

また、光源となるＬＥＤ７は発光体となるＬＥＤベアチップ（図示せず）を透過性樹脂で樹脂封止したパッケージ内に実装しており、ＬＥＤベアチップの発光色は灯具に持たせるランプ機能に基づいて適切に決められる。また、ＬＥＤ７のパッケージの形状も求められる配光特性、配設スペース等を考慮して決定される。

そして、各プリズム３の各側面８に対して複数のＬＥＤ７が所定の間隔で略直線状に、且つ該ＬＥＤ７光の出射方向（ＬＥＤ７の光軸方向）をプリズム３側面８にむけた状態で配設されている。

図２はＬＥＤ光源から出射された光及び灯具外側から灯具に向けて照射された光の光路を示す図である。本発明の車両用ＬＥＤ灯具は３系統の光学系からなっており、夫々の光学系が個別の機能を発揮するものである。

図２（ａ）に示す光学系は、ハウジング９と共に灯室を形成するレンズ１の各プリズム３の一方の同一側面８ａ側に配設されたＬＥＤ７の出射光が該側面８ａから対向する他の側面８ｂに向かってプリズム３内に導入され、プリズム３内を導光されて対向する他の側面８ｂに至り、当該側面８ｂで反射（全反射）されて底面５に向かった光がプリズム３内を導光されて底面５に至り、底面５から灯具１０外に放出される光路を形成する構成となっている。

この場合、灯具１０外に放出される光は、灯具１０を車両に搭載した状態において、車両と略水平となる方向に照射される。したがって、この光学系は例えば、テールランプやストップランプ等のランプ機能を発揮するものであり、ＬＥＤは自ずから発光色が赤色のものが使用される。

図２（ｂ）に示す光学系は、各プリズム３の他方の同一側面８ｂ側に配設されたＬＥＤ７の出射光が該側面８ｂから対向する他の側面８ａに向かってプリズム３内に導入され、プリズム３内を導光されて対向する他の側面８ａに至り、当該側面８ａで反射（全反射）されて底面５に向かった光がプリズム３内を導光されて底面５に至り、底面５から灯具１０外に放出される光路を形成する構成となっている。

この場合、灯具１０外に放出される光は、灯具１０を車両に搭載した状態において、車両の斜め下方向に照射される。したがって、この光学系は例えば、バックランプや車両後方監視カメラ用照明光源の機能を発揮するものであり、ＬＥＤはバックライトの場合は自ずから発光色が白色のものが使用され、車両後方監視カメラ用照明光源の場合は白色ＬＥＤのみならず赤外ＬＥＤも使用可能である。赤外ＬＥＤを使用すると対向車の運転者の運転を妨げることがないために配光設計の自由度が高められることになる。

図２（ｃ）に示す光学系は上記（ａ）及び（ｂ）の光学系とは異なり、灯具１０外側から灯具１０に向けて照射された光がプリズム３の底面５からプリズム３の一方の側面８ａに向かってプリズム３内に導入され、プリズム３内を導光されてプリズム３の一方の側面８ａに至り、当該側面８ａで反射されて他方の側面８ｂに向かった光がプリズム３内を導光されて他方の側面８ｂに至り、当該側面８ｂで反射されて底面５に向かった光がプリズム３内を導光されて底面５に至り、底面５から再度灯具１０外部に放出される構成となっている。

この場合、灯具１０外に放出される光は、灯具を車両に搭載した状態において、灯具１０に向かって照射された光の光源方向に向かって照射される。したがって、この光学系は再帰反射機能を発揮するものである。

以上説明したように、本発明の車両用ＬＥＤ灯具を構成するプリズムレンズは、ＬＥＤ光源から出射した光の光路を制御して灯具外に放出する２系統の光学系と、灯具外から灯具内に入射した光を再度灯具外に放出する１系統の光学系をとの３系統の光学系を構成している。

従って、本発明の車両用ＬＥＤ灯具は、テールランプやストップランプ等、バックランプや車両後方監視カメラ用照明光源等、再帰反射体からなる複数の働きを持たせることが可能となるものである。

なお、テールランプとストップランプを共用する場合、その切換え方法はＬＥＤの駆動電流を調節することによって明るさを変える方法、ＬＥＤをパルス点灯させてデューティ比を調節することによって人間が感じる見た目の明るさを変える方法、灯具の点灯エリアを分割することによって夫々のエリアをテールランプとストップランプとする方法、等が考えられる。

上記の実施形態においては、プリズムレンズが透光性部材からなることを述べたが、各プリズムのＬＥＤ光が入射する２つの側面にハーフミラー膜を形成することによってハーフミラー面とすることができる。その場合、ＬＥＤ光の透過性を維持しながら反射率を高めることができ、特に再帰反射率の向上を図ることができる。

また、図３に示すように、ＬＥＤ７が出射した光が各プリズム３内に入射する２つの側面にＡｌ、Ａｇ等の金属膜１１を蒸着法やメッキ法によって形成して鏡面とすることができる。その場合、上記のプリズム面をハーフミラー面とした場合よりも更に反射率を高めることができ、ＬＥＤ光の反射率及び再帰反射率の向上を図ることができる。

但し、この場合、ＬＥＤ光をプリズム３内に入射させることができるように、プリズム３側面８の各ＬＥＤ光がプリズム３内に入射する範囲は金属膜１１が除去された金属膜除去部１２が形成、その部分はプリズム３を形成する透光性材料が露出した状態となっている。

また、図４に示すように、プリズム３の各ＬＥＤ７を配設する位置に凹みを設け、夫々の窪みにＬＥＤ７の少なくとも光出射部１３を挿入することによってプリズム３とＬＥＤ７との位置関係を保持することも可能である。

また、プリズムの２つの側面側に配置される夫々のＬＥＤ列の列方向の位置関係は、プリズムを挟んで夫々の２つのＬＥＤが向き合うように配置される場合と、図５に示すように、プリズム３を挟んで夫々のＬＥＤ７が交互に位置するように配置される場合とが考えられる。

どちらの配列方法を選択するかは、プリズム面の処理方法、プリズムの反射効率、プリズムに対するＬＥＤの保持方法、所望の配光パターン等を考慮して決められる。

また、プリズムを挟んだ両側のＬＥＤ列は、必ずしも互いに同一の配列とする必要はなく、夫々の側のＬＥＤ列のＬＥＤ数、互いに隣り合うＬＥＤ間の距離等はそのＬＥＤ列を光源とするランプユニットの種類、明るさ、配光特性等を考慮して設定される。

更に、プリズムを挟んだ両側のＬＥＤ列は、必ずしも同一の色調の光を発するＬＥＤを使用する必要はなく、そのＬＥＤ列を光源とするランプユニットに規定されている光の色調を考慮して設定される。

以上説明したように本発明の車両用ＬＥＤ灯具は、光源となるＬＥＤを前記ＬＥＤ光源から出射された光の配光を制御するレンズに近づけて、あるいはレンズ内に挿入させて配置するようにした。そのため、灯具の薄型化が可能となり、限られたスペース内に収めるにあたっても設計の自由度が確保できるようになった。

また、ＬＥＤから出射された光の進行方向をＬＥＤ群単位で制御することが可能であるため、コンビネーションランプのように各ランプユニット単位に設けられるリフレクタや各ランプユニットを繋ぐエクステンションを設けることなく配光特性あるいは異なる色調の照射光が要求される複数のランプユニットを一体に構成することができる。そのため、灯具の薄型化を図りながら、複数のランプユニットを構成することができる。

例えば、プリズムの一方側に黄色発光ＬＥＤを、他方側に赤外発光ＬＥＤを夫々配設することによってサイドウインカーランプと車両側方監視カメラ用照明光源とを一体に構成することができる。この場合、赤外光が車両前方に漏れても対向車の運転者の運転に支障をきたす恐れはない。このように、赤外発光ＬＥＤを配設することによって、車両後方監視カメラ用照明光源や車両間通信の通信媒体としても利用することができる。

また、車両用灯具のみならず、車内用の照明光源として使用することもできる。例えば、１つの光源モジュールとしてＬＥＤ群の点灯・照灯を個別に制御することによって助手席と運転席の照明切換えを行なうことができる。またプリズムに対するＬＥＤの配設角度を調整することによって運転席、助手席、後部座席等の照明位置を設定することができる。特に、昨今の後部座席の広いワンボックスカーなどで、後部座席の照明位置を微妙に変える場合には有効な光源となる。

また、プリズム面はＬＥＤ光源の反射面と同時に再帰反射面の働きも兼ねている。従って、再帰反射体を別個に設ける必要がなく、車両デザインの制約を低減して設計自由度を高めることができる。

また、ＬＥＤの配線をＬＥＤ配列単位で構成するためにマトリックス配線の必要はなくなる。そのため、１つのＬＥＤが他のＬＥＤの順方向電圧と異なっていても直接灯具全体の明るさのばらつきに影響を与えることが少ない。

本発明の車両用ＬＥＤ灯具に係わる実施形態の要部を示す斜視図である。本発明の車両用ＬＥＤ灯具に係わる実施形態の要部の光学系を示す部分断面図である。本発明の車両用ＬＥＤ灯具に係わる他の実施形態の要部を示す部分断面図である。同じく、本発明の車両用ＬＥＤ灯具に係わる他の実施形態の要部を示す部分断面図である。本発明の車両用ＬＥＤ灯具に係わる各実施形態におけるＬＥＤ光源の配設を示す部分正面である。従来の車両用ＬＥＤ灯具のＬＥＤ光源の結線方法を示す結線図である。従来例の車両用ＬＥＤ灯具を示す断面図である。

符号の説明

１レンズ
２平らな面
３プリズム
４プリズムレンズ面
５底面
６頂角
７ＬＥＤ
８、８ａ、８ｂ側面
９ハウジング
１０灯具
１１金属膜
１２金属膜除去部
１３光出射部

Claims

レンズとハウジングによって形成された灯室内に、光源となる複数個のＬＥＤが配設された車両用ＬＥＤ灯具であって、前記レンズの灯室内側は頂角を灯室内方向に向けた複数の三角プリズムを略平行に形成した断面鋸歯形状のプリズムレンズが形成されており、前記各三角プリズムを挟んだ該三角プリズムの夫々の側面側に前記複数個のＬＥＤが該ＬＥＤの光軸を前記三角プリズムに向けて配設されていることを特徴とする車両用ＬＥＤ灯具。
前記プリズムレンズに形成された各三角プリズムの共通する一方の側面で反射されたＬＥＤ光と各三角プリズムの共通する他方の側面で反射されたＬＥＤ光とが夫々異なる光学系を構成すると共に、外部から前記灯具内に入射した光が前記各三角プリズムの両側面で順次反射されて再度灯具外に出射される再帰反射の光学系を構成することを特徴とする請求項１に記載の車両用ＬＥＤ灯具。
前記プリズムレンズに形成された各三角プリズムの両側面の夫々は、少なくとも一部にハーフミラー膜または金属膜が形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の車両用ＬＥＤ灯具。
前記プリズムレンズに形成された各三角プリズムの共通する一方の側面側に配設されたＬＥＤと、各三角プリズムの共通する他方の側面側に配設されたＬＥＤとは、互いに異なる波長の光を発することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用ＬＥＤ灯具。