JP5043597B2 - ダイレクトプロジェクション型照明用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、車両用のヘッドライト、フォグライトなど、照明用に用いられる灯具に関するものであり、詳細には、例えばＬＥＤランプなどとした光源に、所望の形状を与えておき、この形状を凸レンズとした投影レンズで拡大投影することで、所望の配光特性を得られるものとしたダイレクトプロジェクション型照明用灯具の構成に係るものである。

従来の、この種のダイレクトプロジェクション型照明用灯具９０の構成の例を示すものが図４であり、例えば、車両用の走行ビーム用のヘッドライトを形成しようとする場合、所謂、ドーム型のケース９１ａに封止されたＬＥＤチップ９１ｂを有するＬＥＤランプ９１のからの光を投影レンズ９２で適宜な倍率となるように照射方向に投影した場合には、中心線Ｘの近傍の明るさが強く、配光特性がスポット状となり、車両側方の視認性が低下する傾向となる。

よって、投影レンズ９２としては、例えば、中心部の曲率が弱く（大きく）、周辺部へ行くほど曲率が強く（小さく）なるような非球面レンズとし、照射方向左右に対して、適宜な明るさの配分と、照射角の広さを有するように調整している。なお、実際の使用に当たっては、上記に説明したダイレクトプロジェクション型照明用灯具９０の複数が取付けられて更に所望に近い配光形状が得られるようにされる場合もある。
特開平２００５−１７４６８５号公報

しかしながら、上記した従来のダイレクトプロジェクション型照明用灯具９０においては、車両デザイン上の制約などにより、ＬＥＤランプ９１からの照射角の全てが入射するように投影レンズ９２の口径を設定できないが場合には、投影レンズ９２に入射しない光は照射光としては使用できないものとなり、ＬＥＤランプ９１に対する光束利用率が低下する（実測値では５０％程度）という問題点を生じている。

特に、原則的には上向きの光を対向車線側に照射することが許されていないすれ違い配光の場合には、明暗境界線を形成するための遮光マスクなどをＬＥＤチップ９１ｂに取付けるなどの対応が必要に成るなどして、更にＬＥＤランプ９１に対する光束利用率が低下するものとなるという問題点を生じ、これらの点の解決がダイレクトプロジェクション型照明用灯具９０における課題とされていた。また、レンズの厚みに限界があり肉厚で大きな口径を得ることができないものとなっていた。

本発明は、前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、放射角、発光形状、発光面積が既知の光源の像を、投影レンズで所定の倍率として照射方向に投影して配光特性を得るダイレクトプロジェクション型照明用灯具において、前記投影レンズを所望の倍率が得られる位置に設定したときに、前記放射角が前記投影レンズの口径よりも広く入射しない部分を生じる場合、当該の入射しない部分に入射面を有し、前記投影レンズよりも外側に反射面を有し、前記入射面から反射面間には導光部が設けられ、前記投影レンズと別体とし、前面を平坦な面とした補助レンズが設けられ、前記補助レンズの入射面は、前記光源から前記投影レンズに至る光路以外の場所の内、前記投影レンズの外径よりも広い角度で放射される光を捕捉する位置にあり、前記光源を中心とし全周を取り囲むように設けられ、前記補助レンズの反射面が、投影レンズの外側に光を照射するようにリング状として設けられ、前記反射面から反射される光は、投影レンズの外側を通過し、灯具の照射方向のうち、投影レンズの配光特性の周縁部に照射されるように設定したことを特徴とするダイレクトプロジェクション型照明用灯具を提供することで課題を解決するものである。

本発明により、ＬＥＤランプから放射される光の放射角度が、投影レンズが受光できる角度よりも広い場合、前記投影レンズの範囲外に放射する光を受光する入射面と、前記投影レンズの外径よりも外側から所望の照射方向に光を射出する反射面と、前記入射面と前記反射面間を光学的に接続する導光路とから成る補助レンズとが設けることで、前記投影レンズのみでは照射光として使用できない光も利用可能として、この種のダイレクトプロジェクション型照明用灯具のＬＥＤランプに対する光束利用率を向上させ課題を解決するものである。

つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に符号１で示すものは、本発明に係るダイレクトプロジェクション型照明用灯具であり、このダイレクトプロジェクション型照明用灯具１は、例えば、走行配光などの発光形状とされたＬＥＤチップ２ａを有するＬＥＤランプ２から光を投影レンズ３により照射方向に投影するものであることは従来例のものと同様である。

従って、ＬＥＤチップ２ａの大きさにより、適宜な拡大倍率で投影レンズ３の焦点距離が設定されるものである点も従来例のものと同様であり、このときに、車両のデザインなどに関連して、投影レンズ３の外径が設定される場合もあり、これにより、前記投影レンズ３は、前記ＬＥＤランプ２（ＬＥＤチップ２ａ）からの光の放射角度に対して充分な外径が与えられず、ＬＥＤチップ２ａからの光の全てを捕捉することができないという問題を生じるケースも同様である。

ここで、本発明では、図１にも示すように前記投影レンズ３が前記ＬＥＤチップ２ａからの光を捕捉できない範囲に補助レンズ４を設けるものであり、すなわち、前記投影レンズ３の外径よりも広い角度で放射される光を捕捉する位置に前記補助レンズ４は設けられるものであり、従って、前記補助レンズ４は前記ＬＥＤランプ２から放射され、前記投影レンズ３に至る光路に干渉することはない。

ついで、前記補助レンズ４の構成について説明を行う。尚、ここでは、先ず、前記ダイレクトプロジェクション型照明用灯具１が、正面方向に最高輝度を有する走行用ビーム配光のものを第一実施例として説明を行う。

先ず、前記ＬＥＤランプ２のＬＥＤチップ２ａは、走行配光の配光形状に対応するように、車両に付けた状態で左右方向の照射幅が広くなるように、例えな矩形状のＬＥＤチップ２ａが長辺を水平方向として、前記ダイレクトプロジェクション型照明用灯具１に取付けられている。

そして、前記ＬＥＤチップ２ａを略焦点とする投影レンズ３が正面前方に設けられ、前記ＬＥＤチップの形状を照射方向に拡大投影して照射光とするものである。尚、このときに投影レンズ３は、例えば非球面とした凸レンズであるので、上下左右が反転する状態で投影するものとなるので、前記ＬＥＤチップ２ａは所望の走行配光の形状に形成されたものが上下左右が反転した状態として取付けられている。

このようにすることで、所望の走行配光の照射光を有するするダイレクトプロジェクション型照明用灯具１が得られるものとなるが、発明者の検討結果によれば、上記のようにＬＥＤランプ２と、投影レンズ３のみで形成されたダイレクトプロジェクション型照明用灯具１では、ＬＥＤチップ２ａからの光の約５０％が投影レンズ３に入射し、照射光として利用されるに過ぎないものであることが判明した。

ここで、発明者の検討の結果によれば、現在、一般的に使用されている前記投影レンズ３の口径では、ＬＥＤランプ２から放射される光の全てを捕捉するには受光角度が不足であり、前記投影レンズ３に入射しない光はロスとなり、全く照明には使用されていないことが判明した。

そこで、発明者は、前記投影レンズ３では捕捉できない方向に放射されるＬＥＤランプ２からの光を捕捉し、そして照射方向に向けて放射する構成とした補助レンズ４を設け、ＬＥＤランプ２に対する光束利用率の向上を図るものである。

よって、前記補助レンズ４には、上記したようにＬＥＤランプ２から投影レンズ３に捕捉されることのない角度で放射された光を捕捉する入射面４ａと、前記入射面４ａが捕捉した光を、このダイレクトプロジェクション型照明用灯具１の照射方向に向け反射する反射面４ｂとが設けられ、前記入射面４ａと反射面４ｂとは導光部４ｃで光学的に接続されている。

このときに、前記入射面４ａ、反射面４ｂ、導光部４ｃは、例えば、樹脂、あるいは、ガラスなど透明で且つ大気よりも屈折率の高い部材で形成されており、入射面４ａにおいては、この入射面４ａに到達した光の内部への取り込み効率を高くしてあり、そして、導光部４ｃにおいては、外部に光が漏れないように効率良く反射面４ｂに達するように図られ、そして、反射面においては大気との接触面における屈折率の相違により、内面全反射を生じさせ、前記導光部４ｃに臨界角以下で当接させて外部に射出するように形成されている。

このようにしたことで、前記入射面４ａは投影レンズ３が捕捉しない光、すなわち、投影レンズ３の外側に向かう光を捕捉するものとなるので、当然に、前記投影レンズ３が捕捉するＬＥＤランプ２からの光の光路よりも外側に所謂リング状として設けられるものとなり、前記投影レンズ３に向かう光の一部を遮るなどの干渉を生じることはない。

尚、この第一実施例においては、前記ダイレクトプロジェクション型照明用灯具１は走行用配光の形状を形成するものであるので、例えば、対向車線側に上向きの光を一切生じさせないなどの制約が少ないので、上記にも説明したように、前記ＬＥＤランプ２を中心とし、全周を取り囲むように設けられ、ＬＥＤランプ２の外周に生じている無効光を可能な限り多く回収できるように配慮されている。

そして、入射面４ａで捕捉され、導光部４ｃを介して反射面４ｂに達した光は、上記にも説明したように内面全反射を行い前記導光部４ｃを透過して照射方向に射出されるものとなり、前記投影レンズ３からの照射光に加算されて、より明るい照射光が得られるものとなる。

尚、このときに、前記反射面４ｂから射出される光は、前記投影レンズ３の外側を通過するように設定しておけば、この反射面４ｂから射出される光は、前記ＬＥＤランプ２と投影レンズ３とにより設定される配光特性の周縁部分に照射されるものとなり、設定した配光形状を大きく狂わせることのないものとすることができる。

図２に符号１０で示すものは本発明に係るダイレクトプロジェクション型照明用灯具の第二実施例であり、この第二実施例では、例えば、すれ違い配光用の灯具、あるいは、フォグライト用の灯具など、配光特性の形状において、少なくとも対向車線側には水平線Ｈよりも上方に光を放射することが許されていない配光特性に対応するダイレクトプロジェクション型照明用灯具１０の構成に係るものである。

このときに、ＬＥＤランプ１２は、取付けられるダイレクトプロジェクション型照明用灯具１０が、例えば、フォグライト用であれば、フォグライトの配光形状に対応する形状とされて、前記投影レンズ１３の中心軸と直交する水平線よりも上方に設置される。尚、前記したＬＥＤランプ１２の取付の条件は、上述した第一実施例も同様であるが、ダイレクトプロジェクション型照明用灯具１（１０）を車両に取付けた状態を基準として説明してある。

このように光源であるＬＥＤランプ１２を取付けたことで、投影レンズ１３で照射方向に投影される配光特性Ｄは図３に示すように水平線Ｈから下方を照射するもの、即ち、投影レンズ１３から投射される照射光は、全て水平乃至下向きの光線となり、所望の配光特性を形成できるものとなる。

上記のように、上向き光を一切に含まない配光特性の形状が要求されるときには、本発明では、補助レンズ１４は、前記投影レンズ１３の中心線と直交する水平線Ｈの下半部に設けるものとされている。但し、その構成は、入射面１４ａと、反射面１４ｂと、導光部１４ｃとから構成されているものである点は、前記説明した第一実施例と同様であるが、その補助レンズ１４が設けられる位置は、前記水平線Ｈから下方のみに限定されている。

このようにすることで、図３に示すように、ＬＥＤランプ１２からの投射光Ｐに加えて、補助レンズ１４からの照射光Ｒも水平線Ｈから水平乃至下方に向けて照射されるものとなり、この場合、補助レンズ１４からの照射光Ｒは、車両に近い路面などをより明るく照射するものとなり、例えば、路肩の状態の確認などに有効となり、フォグランプとしての機能を一層向上させるものとなる。

尚、ヨーロッパ規格によれば、フォグランプの配光においては、図３中にＡゾーンとして示すように中心線付近、即ち、車両正面の水平線Ｈの上部の部分にも光が配布されていることが規定されているが、この場合には、ＬＥＤランプ１２の形状で対応しても良いものであるが、仕向先別に２種類のＬＥＤランプ１２を用意しなければ成らない。

よって、前記反射面１４ａの、前記Ａゾーンに対応する部分の位置・角度を変えたヨーロッパ用反射面１４ｅを設けた補助レンズ１４を用意しておき、仕向地がヨーロッパである車両には、前記ヨーロッパ用補助レンズ１４Ｅを組み込むものとしておけば、ＬＥＤランプ１２の相違と比べて、外観から相違の判断が容易であり、誤組立の発生も抑制できるものとなる。

本発明のように、ダイレクトプロジェクション型照明用灯具１、１０に補助レンズ４、１４を設けることで、従来の、この種のダイレクトプロジェクション型照明用灯具の光源に対する光束利用率が５０％程度であったものが、６０〜７０％に向上させることが可能となり、同一の消費電力で１．２倍〜１．４倍を明るい灯具とすることが可能となった。

本発明に係るダイレクトプロジェクション型照明用灯具の第一実施例を示す説明図である。 同じく、本発明に係るダイレクトプロジェクション型照明用灯具の第二実施例を示す説明図である。 第二実施例における配光特性の例を示す説明図である。 従来例を示す説明図である。

符号の説明

１、１０…ダイレクトプロジェクション型照明用灯具
２、１２…ＬＥＤランプ
３、１３…投影レンズ
４、１４…補助レンズ
４ａ、１４ａ…入射面
４ｂ、１４ｂ…反射面
４ｃ、１４ｃ…導光部

Claims (2)

1. 放射角、発光形状、発光面積が既知の光源の像を、投影レンズで所定の倍率として照射方向に投影して配光特性を得るダイレクトプロジェクション型照明用灯具において、前記投影レンズを所望の倍率が得られる位置に設定したときに、前記放射角が前記投影レンズの口径よりも広く入射しない部分を生じる場合、当該の入射しない部分に入射面を有し、前記投影レンズよりも外側に反射面を有し、前記入射面から反射面間には導光部が設けられ、前記投影レンズと別体とし、前面を平坦な面とした補助レンズが設けられ、
   前記補助レンズの入射面は、前記光源から前記投影レンズに至る光路以外の場所の内、前記投影レンズの外径よりも広い角度で放射される光を捕捉する位置にあり、前記光源を中心とし全周を取り囲むように設けられ、
   前記補助レンズの反射面が、投影レンズの外側に光を照射するようにリング状として設けられ、
   前記反射面から反射される光は、投影レンズの外側を通過し、灯具の照射方向のうち、投影レンズの配光特性の周縁部に照射されるように設定したことを特徴とするダイレクトプロジェクション型照明用灯具。
2. 前記補助レンズは、前記ダイレクトプロジェクション型照明用灯具の配光形成の一部を成す位置として設けられていることを特徴とする請求項１記載のダイレクトプロジェクション型照明用灯具。

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