JP4799433B2

JP4799433B2 - 車両用灯具

Info

Publication number: JP4799433B2
Application number: JP2007020301A
Authority: JP
Inventors: 浩哉小泉; 麻美仲田
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: JP2008186742A

Description

本発明は、ランプボディとレンズカバーにより形成された灯室内に、半導体発光素子を備えた車両用灯具に関する。

近年、自動車の車体後部に設置されてブレーキ操作時に点灯することにより後続車両に対して警告を行うストップランプなどに使用される車両用灯具として、前面に複数個の発光ダイオード（半導体発光素子）を所定の離間間隔で並列配置した基板と、前記発光ダイオードからの光を前方に出射する複数の光制御部（レンズ部）が前記基板上の発光ダイオードの配列に対応して連設されて前記基板の前方に配置される前面レンズ（レンズカバー）と、を備えた構成のものが知られている。

このような車両用灯具では、レンズカバーにおける単位発光面積当たりの発光ダイオードの装備数を低減させてコスト低減を実現するために、あるいは、レンズカバー上での発光強度のばらつきを無くして視認性を向上させると同時に発光時のデザイン性を向上させるために、工夫が要求されている。

このような背景から、レンズカバーの各発光ダイオードに対応する光制御部を、多数のプリズムレンズの集合体に形成して、発光ダイオードから放射される光のより多くを光制御部に取り込めるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、発光ダイオードとレンズカバーとの間に、インナーレンズやフレネルレンズ等の補助レンズを追加して、発光ダイオードから放射される光の出射方向を、発光ダイオードの中心軸（光軸）に沿って灯具前方に向かう平行光に揃えて、レンズカバーに入射させるようにしたものも提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。

特開平１−３１９２０１号公報特開昭６１−２５３７０３号公報特開昭６２−２２９７０１号公報

ところが、上記特許文献１のように、レンズカバーにおける光制御部の構造の工夫のみで発光ダイオードからの放射光の利用効率を高めようとする構成では、レンズカバーの構造が非常に複雑化して、レンズカバーの製造コストが高価になってしまうという難点が生じた。

また、上記特許文献１のように、レンズカバーにおける光制御部の構造の工夫のみで発光ダイオードからの放射光の利用効率を高めようとする構成では、発光ダイオードから放射される光の内、発光ダイオードの中心軸との間の挟角が所定角度よりも大きい角度で前記発光ダイオードから出射される広角放射光が、レンズカバー側の光制御部に十分に取り込めず、発光ダイオードから放射される光に対する利用効率を高めることが難しいという問題があった。更に、前記広角放射光が入射する光制御部の中心から離れた位置では発光強度が低下し、レンズカバー上での発光強度の均一化という点でも、改良が望まれている。

一方、上記特許文献２や特許文献３に記載のように、発光ダイオードとレンズカバーとの間に補助レンズを追加して、発光ダイオードから放射される光の出射方向を発光ダイオードの中心軸に沿って灯具前方に向かう平行光に揃える方式のものは、補助レンズから出射される光束の照射域内では、発光強度の均一化が図れるが、補助レンズから出射された光束は拡散が抑止されるため、一つの発光ダイオードでレンズカバー上に形成できる発光面積が制限され、レンズカバー上に所定の発光面積を持つ灯具を形成する場合に、発光ダイオードの装備数が増大して、製造コストが高くなるという問題が生じた。
また、補助レンズから出射される光束の拡散により、一つの発光ダイオードでレンズカバー上に形成できる発光面積を増大させようとすれば、補助レンズとレンズカバーとの間に大きな離間距離を確保しなければならず、灯具の厚さ寸法が増大して、灯具の薄型化が犠牲になってしまうという問題もあった。

従って、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、レンズカバーの構造を単純化してレンズカバーの製造コストを低減させることができ、また、半導体発光素子から放射される光を効率良く広域に均一拡散してレンズカバーに供給することにより、一つの半導体発光素子でレンズカバー上に形成できる発光面積を拡大して半導体発光素子の装備数の低減によるコスト低減を図ることができ、また、レンズカバー上での発光強度の均一化により、発光時の視認性やデザイン性を向上させることができる車両用灯具を提供することである。

本発明の上記目的は、ランプボディとレンズカバーにより形成された灯室内に、複数の半導体発光素子を備えた車両用灯具であって、
前記半導体発光素子の周囲をそれぞれ覆う複数のキャップ型光学部品と、前記半導体発光素子に対向する前記レンズカバーの内面に形成され、前記キャップ型光学部品にそれぞれ外嵌する複数のキャップ嵌合凹部と、を備え、
前記キャップ型光学部品は、前記半導体発光素子の中心軸との間の挟角が所定角度よりも小さい角度で前記半導体発光素子から出射される挟角放射光を、前記中心軸を中心に略放射状に反射して外周面から出射させる挟角光拡散反射部を有し、
前記レンズカバーは、前記挟角光拡散反射部の外周部に対応する位置に設けられ、前記挟角光拡散反射部から出射された光を灯具前方に反射する第１反射部と、該第１反射部によって反射された光をレンズ表面から出射させる第１出射部とを有し、
配線パターンが形成されるとともに複数の前記半導体発光素子が搭載される回路基板を有し、
前記回路基板は、前記ランプボディに支持されて前記灯室内に配置されることを特徴とする車両用灯具により達成される。

上記構成の車両用灯具によれば、半導体発光素子の中心軸との間の挟角が所定角度よりも小さい角度で前記半導体発光素子から出射される挟角放射光は、半導体発光素子の周囲を覆うキャップ型光学部品の挟角光拡散反射部によって、半導体発光素子の中心軸を中心に略放射状に反射される。この略放射状に反射されてキャップ型光学部品の外周面から出射させられた拡散光は、キャップ型光学部品に外嵌するキャップ嵌合凹部の内周面から入射されてレンズカバーの第１反射部により前方に反射されるまで、当該レンズカバー内を透過して、レンズ表面での発光領域を広げるため、発光面積の広い第１出射部を形成することができる。
即ち、半導体発光素子から放射される挟角放射光をキャップ型光学部品により効率良く広域に均一拡散してレンズカバーに供給することができ、これにより、一つの半導体発光素子でレンズカバーのレンズ表面に形成できる発光面積を拡大して、半導体発光素子の装備数の低減による製造コストダウンを図ることができる。

また、半導体発光素子から放射される挟角放射光が、キャップ型光学部品により効率良く広域に均一拡散してレンズカバーに供給されるため、レンズカバーのレンズ表面での発光強度の均一化により、発光時の視認性やデザイン性を向上させることができる
また、上記のように半導体発光素子から放射される挟角放射光が、キャップ型光学部品により効率良く広域に均一拡散してレンズカバーに供給されるため、レンズカバーの内面には、特に入射光を拡散反射するようなプリズム面を形成する必要がなく、レンズカバーの構造を単純化してレンズカバーの製造コストを低減させることができる。

尚、上記構成の車両用灯具において、前記キャップ型光学部品の挟角光拡散反射部が、前記挟角放射光を前記中心軸に略直交する面に沿って反射して外周面から出射させることが望ましい。

このような構成の車両用灯具によれば、キャップ型光学部品は、半導体発光素子から出射された挟角放射光を、半導体発光素子の中心軸に略直交する面に沿って反射して外周面から出射させるので、キャップ型光学部品とレンズカバーとの間の中心軸方向の離間距離を増大させずとも、挟角放射光を十分に拡散させて、広い発光面積の第１出射部を形成できるため、レンズカバーの厚さ方向の寸法を縮めて、灯具のコンパクト化を実現することができる。

また、上記構成の車両用灯具において、前記キャップ型光学部品は、前記半導体発光素子の中心軸との間の挟角が所定角度よりも大きい角度で前記半導体発光素子から出射される広角放射光を透過させて外周面から出射させる広角光透過部を有し、
前記レンズカバーは、前記広角光透過部の外周部に対応する位置に設けられ、前記広角光透過部から出射された光を灯具前方に反射する第２反射部と、該第２反射部によって反射された光をレンズ表面から出射させる第２出射部とを有することが望ましい。

このような構成の車両用灯具によれば、半導体発光素子の中心軸との間の挟角が所定角度よりも大きい角度で前記半導体発光素子から出射される広角放射光は、前記キャップ型光学部品の広角光透過部を透過して、当該広角光透過部の外周部に対応する位置に設けられたレンズカバーの第２反射部によって灯具前方に反射されるまで、レンズカバー内を透過して、レンズ表面に第２出射部を形成する。
即ち、半導体発光素子から出射される広角放射光も、レンズ表面の発光に利用されるため、半導体発光素子からの放射光の利用効率を高めることができる。

また、広角放射光により発光する第２出射部の位置が、挟角放射光により発光する第１出射部の位置と重ならないように、第１反射部や第２反射部の形成位置を工夫することで、単一の半導体発光素子によるレンズ表面の発光面積を更に拡大することができる。
そして、挟角放射光と広角放射光との光量差を考慮して、第１出射部や第２出射部の大きさを適宜設定することで、発光強度の均一化を損なうことなく、レンズカバー上の発光面積を更に拡大することができる。

また、上記構成の車両用灯具において、前記キャップ型光学部品は、前記半導体発光素子の中心軸との間の挟角が所定角度よりも大きい角度で前記半導体発光素子から出射される広角放射光を前記半導体発光素子の中心軸と略平行な方向に反射する広角光反射部と、当該広角光反射部で生成された前方平行光を、前記中心軸を中心に略放射状に反射して外周面から出射させる広角光拡散反射部とを有し、
前記レンズカバーは、前記広角光拡散反射部の外周部に対応する位置に設けられ、前記広角光拡散反射部から出射された光を灯具前方に反射する第３反射部と、該第３反射部によって反射された光をレンズ表面から出射させる第３出射部とを有することが望ましい。

このような構成の車両用灯具によれば、半導体発光素子の中心軸との間の挟角が所定角度よりも大きい角度で前記半導体発光素子から出射される広角放射光は、広角光反射部及び広角光拡散反射部により、半導体発光素子の中心軸を中心に略放射状に反射されて外周面から出射する拡散光としてレンズカバーに入射し、レンズカバーに設けられた第３反射部によって灯具前方に出射されるまで、レンズカバー内を透過してレンズ表面に第３出射部を形成する。
即ち、半導体発光素子から出射される広角放射光も、挟角放射光の場合と同様にレンズ表面の発光に利用されるため、半導体発光素子からの放射光の利用効率を高めることができる。

更に、広角放射光により発光する第３出射部の位置が、挟角放射光により発光する第１出射部の位置と重ならないように、第１出射部や第３出射部の形成位置を工夫することで、単一の半導体発光素子によるレンズ表面の発光面積を更に拡大することができる。
そして、挟角放射光と広角放射光との光量差を考慮して、第１出射部や第３出射部の大きさを適宜設定することで、発光強度の均一化を損なうことなく、レンズカバー上の発光面積を更に拡大することができる。また、キャップ型光学部品が、半導体発光素子から出射される挟角放射光と広角放射光との双方を、半導体発光素子の中心軸を中心に略放射状に反射して外周面から出射させる構成としたことで、レンズカバーの厚さ方向の寸法を短縮することが可能になる。

また、上記構成の車両用灯具において、前記レンズカバーが、前記キャップ型光学部品からの出射光の反射方向を部分的に制御して微少な非発光部を形成するステップパターンを有することが望ましい。

このような構成の車両用灯具によれば、ステップパターンによる非発光部と発光部との間のコントラストが大きいため、発光部相互間に微細な発光強度のばらつきがあっても、その発光強度のばらつきを目立たなくすることができ、発光時の視認性やデザイン性を更に向上させることができる。

本発明に係る車両用灯具によれば、半導体発光素子の中心軸との間の挟角が所定角度よりも小さい角度で前記半導体発光素子から出射される挟角放射光をキャップ型光学部品により効率良く広域に均一拡散してレンズカバーに供給することができ、これにより、一つの半導体発光素子でレンズ表面に形成できる発光面積を拡大して、半導体発光素子の装備数の低減による製造コストダウンを図ることができる。

更に、半導体発光素子から放射される挟角放射光が、キャップ型光学部品により効率良く広域に均一拡散してレンズカバーに供給される。
そこで、レンズカバーのレンズ表面での発光強度の均一化により、発光時の視認性やデザイン性を向上させることができる。また、レンズカバーの内面には、特に入射光を拡散反射するようなプリズム面を形成する必要がなく、レンズカバーの構造を単純化してレンズカバーの製造コストを低減させることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る車両用灯具を詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る車両用灯具の正面図、図２は図１に示した車両用灯具の（ａ）Ａ−Ａ断面図及び（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図、図３は図２（ｂ）のＣ部の拡大図、図４は図３に示したレンズカバー及びキャップ型光学部品を説明する要部拡大断面図、図５は図４に示したキャップ型光学部品の部分断面斜視図である。

本第１実施形態の車両用灯具１は、図１及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、前面に複数個の半導体発光素子３を所定の離間間隔で行列状に並列配置した回路基板５と、この回路基板５をその後面側から収容支持したランプボディ７と、該ランプボディ７の前面開口部を覆って灯室を形成するレンズカバー１１と、を備えている。レンズカバー１１は、アクリルやポリカーボネイトなどの透明樹脂等で一体形成される。
本実施形態の場合、半導体発光素子３は、所定の発光強度の発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、回路基板５に形成された配線パターンを介して、不図示の点灯制御回路に電気接続される。

図２及び図３に示すように、複数個の半導体発光素子３に対向するレンズカバー１１の内面には、各半導体発光素子３の周囲を覆うキャップ型光学部品１３に外嵌するキャップ嵌合凹部１５が形成されている。
キャップ嵌合凹部１５は、図３及び図４に示すように、キャップ型光学部品１３が略緊密に、あるいは微少な隙間嵌めで嵌合する横断面円形の窪みである。

キャップ型光学部品１３は、図４及び図５に示すように、半導体発光素子３の外周を円形に囲うと共に先端（図４及び図５では下端）が回路基板５の上面に当接する円筒部２１と、該円筒部２１の基端（図４及び図５では上端）に連なる頂部２２とを、アクリルやポリカーボネイトなどの透明樹脂等で一体形成したもので、概略有底円筒状を呈している。

このキャップ型光学部品１３には、図４に示すように、半導体発光素子３の中心軸Ａｘとの間の挟角が所定角度θ１よりも小さい角度で半導体発光素子３から出射される挟角放射光Ｐｎを、中心軸Ａｘに略直交する面に沿って反射して外周面２４から出射させる挟角光拡散反射部２５と、半導体発光素子３の中心軸Ａｘとの間の挟角が所定角度θ１よりも大きい角度で半導体発光素子３から出射される広角放射光Ｐｗを、略そのままの放射角度で透過させて外周面２７から出射させる広角光透過部２８とが、設けられている。

挟角光拡散反射部２５は、挟角放射光Ｐｎを入射させる第１入射面３１と、この第１入射面３１から頂部２２内に進入した挟角放射光Ｐｎを中心軸Ａｘに直交する面に沿って放射状に内面反射する第１反射面３２と、この第１反射面３２により反射された光をそのまま出射する第１出射面としての外周面２４とから構成されている。

第１入射面３１は、図４に示すように、中心軸Ａｘとの間の挟角が角度θ２の截頭円錐の頂部に形成された平坦面である。第１反射面３２は、入射する光を中心軸Ａｘに直交する平面に沿って放射状に全反射する所謂放物曲面状の反射面である。第１入射面３１に連なる円錐状の傾斜面３３の傾斜角度θ２は、所定角度θ１よりも大きい角度である。

この第１入射面３１は、中心軸Ａｘとの間の挟角が所定角度θ１よりも小さい角度で半導体発光素子３から出射される挟角放射光Ｐｎを、そのまま透過させる。
第１入射面３１の周囲の傾斜面３３は、広角放射光Ｐｗの内、中心軸Ａｘとの間の挟角θが、θ１＜θ＜θ２の角度範囲で入射してくる光Ｐｗ１を、図４に示す如く反射して後述する第２入射面３４に入射させる。

広角光透過部２８は、前述の傾斜面３３と、円筒部２１の内周面である第２入射面３４と、円筒部２１の外周面である外周面２７とで構成されている。円筒部２１の外周面２７は、頂部２２の第１出射面を構成している外周面２４と同一直径の円筒面である。
この広角光透過部２８は、半導体発光素子３から出射される広角放射光Ｐｗの内、第２入射面３４に直接入射する光を、略そのまま透過させて、外周面２７から出射させる。また、前述したように、広角放射光Ｐｗの内、中心軸Ａｘとの間の挟角θが、θ１＜θ＜θ２の角度範囲で半導体発光素子３から出射された広角放射光Ｐｗ１を、傾斜面３３による反射で第２入射面３４に入射させ、略そのまま透過させて、外周面２７から出射させる。

各半導体発光素子３に対向するレンズカバー１１のキャップ嵌合凹部１５近傍には、図４に示すように、挟角光拡散反射部２５の外周部に対応する位置に設けられ、挟角光拡散反射部２５から出射された光１０１を灯具前方（図４では上方）に反射する第１反射部４１と、該第１反射部４１によって反射された光１０１をレンズ表面から出射させる第１出射部４３と、広角光透過部２８の外周部に対応する位置に設けられ、広角光透過部２８から出射された光１０２を灯具前方に反射する第２反射部４５と、該第２反射部４５によって反射された光１０２をレンズ表面から出射させる第２出射部４７とが、設けられている。
尚、本第１実施形態のレンズカバー１１において、第１反射部４１は円錐状の４５゜の傾斜面であり、第２反射部４５は略回転放物面であるが、この形状に限定されるものではない。

本実施形態のレンズカバー１１は、回路基板５に並列配置された半導体発光素子３毎の中心軸Ａｘを中心に、第２出射部４７と第１出射部４３とが同心円状に発光する発光パターンを有すると共に、キャップ型光学部品１３からの出射光の反射方向を部分的に制御して微少な非発光部を形成するステップパターンを有している。

この非発光部を形成するステップパターンは、キャップ型光学部品１３からの出射光の反射方向を部分的に制御するため、レンズ表面と略平行な面（中心軸Ａｘに略直交する面）が第１反射部４１と第２反射部４５との間に形成された段部４４により構成される（図３及び図４参照）。
そして、この段部４４を各キャップ嵌合凹部１５の周囲に適宜分散して設けることにより、隣接する半導体発光素子３毎の発光パターンの境界やキャップ型光学部品１３の直上部などでの暗部の偏りを低減させている。

以上に説明した本第１実施形態の車両用灯具１によれば、各半導体発光素子３の中心軸Ａｘとの間の挟角が所定角度θ１よりも小さい角度で半導体発光素子３から出射される挟角放射光Ｐｎは、半導体発光素子３の周囲を覆うキャップ型光学部品１３の挟角光拡散反射部２５によって、半導体発光素子３の中心軸Ａｘに略直交する面に沿って放射状に反射される。

この放射状に反射されてキャップ型光学部品１３の外周面２４から出射させられた拡散光は、キャップ型光学部品１３に外嵌するキャップ嵌合凹部１５の内周面１５ａから入射されてレンズカバー１１の第１反射部４１により前方に反射されるまで、当該レンズカバー１１内を透過して、レンズ表面での発光領域を広げるため、発光面積の広い第１出射部４３を形成することができる。

即ち、本第１実施形態の車両用灯具１は、半導体発光素子３から放射される挟角放射光Ｐｎをキャップ型光学部品１３により効率良く広域に均一拡散してレンズカバー１１に供給することができ、これにより、一つの半導体発光素子３でレンズカバー１１のレンズ表面に形成できる発光面積を拡大して、半導体発光素子３の装備数の低減によるコスト低減を図ることができる。

また、半導体発光素子３から放射される挟角放射光Ｐｎが、キャップ型光学部品１３により効率良く広域に均一拡散してレンズカバー１１に供給されるため、レンズカバー１１のレンズ表面での発光強度の均一化により、発光時の視認性やデザイン性を向上させることができる

また、上記のように半導体発光素子３から放射される挟角放射光Ｐｎが、キャップ型光学部品１３により効率良く広域に均一拡散してレンズカバー１１に供給されるため、レンズカバー１１の内面には、特に入射光を拡散反射するようなプリズム面を形成する必要がなく、レンズカバー１１の構造を単純化してレンズカバー１１の製造コストを低減させることができる。

更に、本第１実施形態のキャップ型光学部品１３は、半導体発光素子３から出射された挟角放射光Ｐｎを、半導体発光素子３の中心軸Ａｘに略直交する面に沿って拡散反射して外周面２４から出射させるので、キャップ型光学部品１３とレンズカバー１１との間の中心軸Ａｘ方向の離間距離を増大させずとも、挟角放射光Ｐｎを十分に拡散させて、広い発光面積の第１出射部４３を形成できるため、レンズカバー１１の厚さ方向の寸法を縮めて、灯具のコンパクト化を実現することもできる。

また、本第１実施形態の車両用灯具１によれば、キャップ型光学部品１３は、挟角光拡散反射部２５の裾部に連なる円筒状に形成されて、半導体発光素子３の中心軸Ａｘとの間の挟角が所定角度θ１よりも大きい角度で半導体発光素子３から出射される広角放射光Ｐｗを略そのままの放射角度で透過させて外周面から出射させる広角光透過部２８を有する。そして、この広角光透過部２８に対応して、レンズカバー１１には、広角光透過部２８の外周部に対応する位置に設けられ、広角光透過部２８から出射された光１０２を灯具前方に反射する第２反射部４５と、該第２反射部４５によって反射された光１０２をレンズ表面から出射させる第２出射部４７とが設けられている。

そのため、半導体発光素子３の中心軸Ａｘとの間の挟角が所定角度θ１よりも大きい角度で半導体発光素子３から出射される広角放射光Ｐｗは、キャップ型光学部品１３の広角光透過部２８を透過して、当該広角光透過部２８の外周部に対応する位置に設けられたレンズカバー１１の第２反射部４５によって灯具前方に反射されるまで、レンズカバー１１内を透過して、レンズ表面に発光部を形成する。
即ち、半導体発光素子３から出射される広角放射光Ｐｗも、レンズ表面の発光に利用されるため、半導体発光素子３からの放射光の利用効率を高めることができる。

また、広角放射光Ｐｗにより発光する第２出射部４７の位置が、挟角放射光Ｐｎにより発光する第１出射部４３の位置と重ならないように、第１反射部４１や第２反射部４５の形成位置を工夫することで、単一の半導体発光素子３によるレンズ表面の発光面積を更に拡大することができる。
そして、挟角放射光Ｐｎと広角放射光Ｐｗとの光量差を考慮して、第１出射部４３や第２出射部４７の大きさを適宜設定することで、発光強度の均一化を損なうことなく、レンズカバー１１上の発光面積を更に拡大することができる。

また、本実施形態の車両用灯具１では、レンズカバー１１が、キャップ型光学部品１３からの出射光の反射方向を部分的に制御して微少な非発光部を形成するステップパターンを有しており、ステップパターンによる非発光部と発光部との間のコントラストが大きいため、発光部相互間に微細な発光強度のばらつきがあっても、その発光強度のばらつきを
目立たなくすることができ、発光時の視認性やデザイン性を更に向上させることができる。

図６は本発明の第２実施形態に係る車両用灯具の横断面図、図７は図６のＤ部の拡大図である。尚、上記第１実施形態の車両用灯具１と同様の構成部品については同符号付して詳細な説明を省略する。
本第２実施形態の車両用灯具５１は、図６及び図７に示すように、前面に複数個の半導体発光素子３を所定の離間間隔で行列状に並列配置した回路基板５と、この回路基板５をその後面側から収容支持したランプボディ７と、該ランプボディ７の前面開口部を覆って灯室を形成するレンズカバー５５と、を備えている。レンズカバー５５は、アクリルやポリカーボネイトなどの透明樹脂等で一体形成される。

この車両用灯具５１の場合も、第１実施形態の車両用灯具１と同様に、複数個の各半導体発光素子３に対向するレンズカバー５５の内面には、各半導体発光素子３の周囲を覆うキャップ型光学部品５７に外嵌するキャップ嵌合凹部５６が形成されている。
キャップ嵌合凹部５６は、キャップ型光学部品５７が略緊密に、あるいは微少な隙間嵌めで嵌合する横断面円形の窪みである。

キャップ型光学部品５７は、図６及び図７に示すように、先端（図６及び図７では下端）が回路基板５の上面に当接する円筒部５４と、該円筒部５４の基端（図６及び図７では上端）に連なる頂部５３とを、アクリルやポリカーボネイトなどの透明樹脂等で一体形成したものである。半導体発光素子３に対向する頂部５３の内面に形成された略回転放物面体の凸部先端には、半導体発光素子３の周囲を円形に囲う凹部５８が設けられている。

このキャップ型光学部品５７には、図７に示すように、半導体発光素子３の中心軸Ａｘとの間の挟角が所定角度θ１よりも小さい角度で半導体発光素子３から出射される挟角放射光Ｐｎを、中心軸Ａｘに略直交する面に沿って反射して外周面６３から出射させる挟角光拡散反射部６０と、半導体発光素子３の中心軸Ａｘとの間の挟角が所定角度θ１よりも大きい角度で半導体発光素子３から出射される広角放射光Ｐｗを、半導体発光素子３の中心軸Ａｘと略平行な方向に反射する広角光反射部６５と、当該広角光反射部６５で生成された前方平行光Ｐｆを、中心軸Ａｘに略直交する面に沿って反射して外周面６７から出射させる広角光拡散反射部６８とが、設けられている。

本第２実施形態に係る挟角光拡散反射部６０は、挟角放射光Ｐｎを入射させる第１入射面６１と、この第１入射面６１から頂部５３に入射した挟角放射光Ｐｎを中心軸Ａｘに直交する面に沿って放射状に内面反射する第１反射面６２と、この第１反射面６２により反射された光をそのまま出射する第１出射面としての外周面６３とから構成されている。

第１入射面６１は、凸レンズ又はフレネルレンズ形状或いはそれに準じた曲面であり、入射した挟角放射光Ｐｎの向きを中心軸Ａｘに平行な向きに揃える。第１反射面６２は、第１入射面６１から入射してキャップ型光学部品５７内を透過する挟角放射光Ｐｎを内面反射により中心軸Ａｘに直交する面に沿って放射状に全反射する円錐状の４５゜の傾斜面である。外周面６３は円筒面であり、第１反射面６２で反射された光をそのままの向きで出射する。

広角光反射部６５は、広角放射光Ｐｗを入射させる第２入射面７１と、この第２入射面７１から頂部５３に入射した広角放射光Ｐｗを半導体発光素子３の中心軸Ａｘと平行な方向に全反射する第２反射面７３とから構成されている。
第２入射面７１は、凹部５８の内周面であり、直接入射する広角放射光Ｐｗを略そのまま透過させる。第２反射面７３は、第２入射面７１から入射してキャップ型光学部品５７内を透過する広角放射光Ｐｗを内面反射により半導体発光素子３の中心軸Ａｘと略平行な方向に反射する略回転放物面である。尚、本実施形態の第２反射面７３は、略回転放物面に形成されているが、円錐状の４５度の傾斜面とすることもできる。

広角光拡散反射部６８は、第２反射面７３により反射された平行光Ｐｆを、半導体発光素子３の中心軸Ａｘに直交する平面に沿って内面反射する第３反射面７５と、この第３反射面７５で反射された光をそのまま出射する第２出射面としての外周面６７とから構成されている。
本実施形態の場合、第３反射面７５は、挟角光拡散反射部６０を構成する第１反射面６２に連続する円錐状の４５゜の傾斜面に形成されている。また、外周面６７は、挟角光拡散反射部６０を構成する外周面６３と同一直径の円筒面になっている。

各半導体発光素子３に対向するレンズカバー５５のキャップ嵌合凹部５６近傍には、図７に示すように、挟角光拡散反射部６０の外周部に対応する位置に設けられ、挟角光拡散反射部６０から出射された光１０１を灯具前方（図７では上方）に反射する第１反射部７７と、該第１反射部７７によって反射された光１０１をレンズ表面から出射させる第１出射部７９と、広角光拡散反射部６８の外周部に対応する位置に設けられ、広角光拡散反射部６８から出射された光１０２を灯具前方に反射する第３反射部７８と、該第３反射部７８によって反射された光１０２をレンズ表面から出射させる第３出射部８０とが、設けられている。
本実施形態の場合、第１反射部７７と第３反射部７８は、共通の略回転放物面上に形成されている。

以上に説明した本第２実施形態の車両用灯具５１によれば、各半導体発光素子３の中心軸Ａｘとの間の挟角が所定角度θ１よりも小さい角度で半導体発光素子３から出射される挟角放射光Ｐｎは、半導体発光素子３の周囲を覆うキャップ型光学部品５７の挟角光拡散反射部６０によって、半導体発光素子３の中心軸Ａｘに略直交する面に沿って放射状に反射される。

従って、本第２実施形態の車両用灯具５１は、上記第１実施形態の車両用灯具１と同様の作用・効果を得ることができる。即ち、半導体発光素子３から放射される挟角放射光Ｐｎをキャップ型光学部品５７により効率良く広域に均一拡散してレンズカバー５５に供給することができるので、一つの半導体発光素子３でレンズカバー５５のレンズ表面に形成できる発光面積を拡大して、半導体発光素子３の装備数の低減によるコスト低減を図ることができると共に、レンズカバー５５のレンズ表面での発光強度の均一化により、発光時の視認性やデザイン性を向上させることができる。

また、上記のように半導体発光素子３から放射される挟角放射光Ｐｎが、キャップ型光学部品５７により効率良く広域に均一拡散してレンズカバー５５に供給されるため、レンズカバー５５の内面には、特に入射光を拡散反射するようなプリズム面を形成する必要がなく、レンズカバー５５の構造を単純化してレンズカバー５５の製造コストを低減させることができる。

また、本第２実施形態の車両用灯具５１によれば、キャップ型光学部品５７は、半導体発光素子３の中心軸Ａｘとの間の挟角が所定角度θ１よりも大きい角度で半導体発光素子３から出射される広角放射光Ｐｗを半導体発光素子３の中心軸Ａｘと略平行な方向に反射する広角光反射部６５と、当該広角光反射部６５で生成された前方平行光Ｐｆを中心軸Ａｘに略直交する面に沿って反射して外周面６７から出射させる広角光拡散反射部６８とを有する。
そして、この広角光拡散反射部６８に対応して、レンズカバー５５には、広角光拡散反射部６８の外周部に対応する位置に設けられ、広角光拡散反射部６８から出射された光１０２を灯具前方に反射する第３反射部７８と、該第３反射部７８によって反射された光１０２をレンズ表面から出射させる第３出射部８０とが設けられている。

そのため、半導体発光素子３の中心軸Ａｘとの間の挟角が所定角度θ１よりも大きい角度で半導体発光素子３から出射される広角放射光Ｐｗは、キャップ型光学部品５７の広角光反射部６５及び広角光拡散反射部６８に反射されて、当該広角光拡散反射部６８の外周部に対応する位置に設けられたレンズカバー５５の第３反射部７８によって灯具前方に反射されるまで、レンズカバー５５内を透過して、レンズ表面に発光部を形成する。
即ち、半導体発光素子３から出射される広角放射光Ｐｗも、レンズ表面の発光に利用されるため、半導体発光素子３からの放射光の利用効率を高めることができる。

また、広角放射光Ｐｗにより発光する第３出射部８０の位置が、挟角放射光Ｐｎにより発光する第１出射部７９の位置と重ならないように、第１反射部７７や第３反射面７８の形成位置を工夫することで、単一の半導体発光素子３によるレンズ表面の発光面積を更に拡大することができる。
そして、挟角放射光Ｐｎと広角放射光Ｐｗとの光量差を考慮して、第１出射部７９や第３出射部８０の大きさを適宜設定することで、発光強度の均一化を損なうことなく、レンズカバー５５上の発光面積を更に拡大することができる。

また、キャップ型光学部品５７が、半導体発光素子３から出射される挟角放射光Ｐｎと広角放射光Ｐｗとの双方を、半導体発光素子３の中心軸Ａｘと直交する面に沿って反射して外周面６３，６７から出射させる構成としたことで、上記第１実施形態の車両用灯具１の場合よりも更に、装置の厚さ方向の寸法を短縮することが可能になる。

尚、上記第２実施形態に示したキャップ型光学部品５７において、挟角光拡散反射部６０を構成する第１反射面６２や、広角光拡散反射部６８を構成する第３反射面７５の形状は、図７に示した円錐状の４５゜の傾斜面に限らない。

例えば、図８に示した本発明の第３実施形態に係るキャップ型光学部品８７は、挟角光拡散反射部６０を構成する第１反射面６２と、広角光拡散反射部６８を構成する第３反射面７５とが、半導体発光素子３の中心軸Ａｘと平行な中心軸Ｘを有する放物線Ｈと一致する断面形状に形成されている。また、レンズカバー５５の第１反射部７７と第３反射部７８は、放物線Ｈの焦点Ｆを共通にした放物線Ｈａと一致する断面形状に形成されている。

この場合、キャップ型光学部品８７の第１反射面６２及び第３反射面７５と、レンズカバー５５の第１反射部７７及び第３反射部７８とにより、レンズ表面から出射させる光を拡散光とすることができる。そこで、キャップ型光学部品８７における挟角光拡散反射部６０及び広角光拡散反射部６８を構成している頂部５３の直径が小さくなっても、挟角光拡散反射部６０及び広角光拡散反射部６８の奥行きを自由に決めることができる。その結果、キャップ型光学部品８７の更なる小型化が可能となる。

なお、上記各実施形態においては、回路基板５に並列配置された複数個の半導体発光素子３が、ランプボディ７とレンズカバー１１により形成された灯室内に配置された車両用灯具ユニット１，５１を例に説明したが、本発明の車両用灯具ユニットはこれに限らない。例えば、回路基板に配置された単一の半導体発光素子をランプボディとレンズカバーにより形成された灯室内に配置することもできる。
この場合、レンズカバーの内面が半導体発光素子３の周囲を囲う略半球面状のリフレクタとして機能するように、該レンズカバーのキャップ嵌合凹部の周囲を中実の略半球形に膨出させた形状とし、キャップ嵌合凹部を除いた内面にアルミ蒸着等によって反射面を形成する。

その結果、車両用灯具における反射面とレンズ表面の間が中実構造となり、灯室内の空間を最小限とすることができので、灯具外部から浸入した水蒸気等によってレンズカバーの内面がくもることを防止できる。また、レンズカバーとリフレクタが一体構造となることにより、不発光部となっていたリフレクタに対するレンズカバーの周縁取付け部が無くなるので、レンズカバーの全面を発光させることができる。

本発明の第１実施形態に係る車両用灯具の正面図である。図１に示した車両用灯具の（ａ）Ａ−Ａ断面図及び（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。図２（ｂ）のＣ部の拡大図である。図３に示したレンズカバー及びキャップ型光学部品を説明する要部拡大断面図である。図４に示したキャップ型光学部品の部分断面斜視図である。本発明の第２実施形態に係る車両用灯具の横断面図である。図６のＤ部の拡大図である。本発明の第３実施形態に係る車両用灯具のキャップ型光学部品の拡大断面図である。

符号の説明

１車両用灯具
３半導体発光素子
５回路基板
７ランプボディ
１１レンズカバー
１３キャップ型光学部品
１５キャップ嵌合凹部
２１円筒部
２２頂部
２４外周面
２５挟角光拡散反射部
２７外周面
２８広角光透過部
３１第１入射面
３２第１反射面
３４第２入射面
４１第１反射部
４３第１出射部
４５第２反射部
４７第２出射部

Claims

ランプボディとレンズカバーにより形成された灯室内に、複数の半導体発光素子を備えた車両用灯具であって、
前記半導体発光素子の周囲をそれぞれ覆う複数のキャップ型光学部品と、前記半導体発光素子に対向する前記レンズカバーの内面に形成され、前記キャップ型光学部品にそれぞれ外嵌する複数のキャップ嵌合凹部と、を備え、
前記キャップ型光学部品は、前記半導体発光素子の中心軸との間の挟角が所定角度よりも小さい角度で前記半導体発光素子から出射される挟角放射光を、前記中心軸を中心に略放射状に反射して外周面から出射させる挟角光拡散反射部を有し、
前記レンズカバーは、前記挟角光拡散反射部の外周部に対応する位置に設けられ、前記挟角光拡散反射部から出射された光を灯具前方に反射する第１反射部と、該第１反射部によって反射された光をレンズ表面から出射させる第１出射部とを有し、
配線パターンが形成されるとともに複数の前記半導体発光素子が搭載される回路基板を有し、
前記回路基板は、前記ランプボディに支持されて前記灯室内に配置されることを特徴とする車両用灯具。
前記キャップ型光学部品の挟角光拡散反射部が、前記挟角放射光を前記中心軸に略直交する面に沿って反射して外周面から出射させることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
前記キャップ型光学部品は、前記半導体発光素子の中心軸との間の挟角が所定角度よりも大きい角度で前記半導体発光素子から出射される広角放射光を透過させて外周面から出射させる広角光透過部を有し、
前記レンズカバーは、前記広角光透過部の外周部に対応する位置に設けられ、前記広角光透過部から出射された光を灯具前方に反射する第２反射部と、該第２反射部によって反射された光をレンズ表面から出射させる第２出射部とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用灯具。
前記キャップ型光学部品は、前記半導体発光素子の中心軸との間の挟角が所定角度よりも大きい角度で前記半導体発光素子から出射される広角放射光を前記半導体発光素子の中心軸と略平行な方向に反射する広角光反射部と、当該広角光反射部で生成された前方平行光を、前記中心軸を中心に略放射状に反射して外周面から出射させる広角光拡散反射部とを有し、
前記レンズカバーは、前記広角光拡散反射部の外周部に対応する位置に設けられ、前記広角光拡散反射部から出射された光を灯具前方に反射する第３反射部と、該第３反射部によって反射された光をレンズ表面から出射させる第３出射部とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用灯具。
前記レンズカバーが、前記キャップ型光学部品からの出射光の反射方向を部分的に制御して微少な非発光部を形成するステップパターンを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車両用灯具。