JP5483237B2 - 輪郭表面の調整可能な照明を備えたライトガイドモジュール - Google Patents

輪郭表面の調整可能な照明を備えたライトガイドモジュール Download PDF

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Description

本発明は、車両の内部及び外部の信号照明の構造に関し、具体的には、光源とライトガイドとから成る、輪郭表面の調整可能な照明を備えたライトガイドモジュールに関する。
ダッシュボード又は他の内装品の照明の一様性は、通常、内部の信号照明の分野において重大要因である。前部及び後部の輪郭ライト、方向指示器用ライト又は日中走行用ライトは、車両の外観特徴を強調するために使用されるので、均一性の要件はまた外部の信号照明にとっても絶対不可欠になりつつある。これらの目的のため、発光ダイオード(LED)を備えるライトガイド構成要素が光源として一般的に使用される。
要求される外観に従って作製されるライトガイド構成要素は、直線状基部又は平面状基部を有することがある。
直線状のライトガイド構成要素は、ライトガイド軸の方向の片側又は両側に、即ち、通常は照明方向に対して垂直方向に、追加することができる。この手法の欠点は、比較的小さい直径を有する複雑な輪郭形状の場合には使用できないことである。
平面状のライトガイド構成要素は通常、いくつかのLEDを備えて提供され、その軸は、照明方向に一致する。出現する光線について要求される均一性を実現するために、内部表面上に平行光学素子を、又は出口表面上に適切な構造の光学素子を使用することがある。この手法の欠点は、出口表面全体に沿って配列される多数のLEDにある。
本発明の課題は、輪郭表面の完全に一様な照明を含む、要求される照明を達成することができる、ライトガイドモジュールである。
これに従い、本発明の輪郭表面の調整可能な照明を備えたライトガイドモジュールは、光源と、ライトガイドと、から構成される。ライトガイドは、第1部分と、Y形状分岐部と、輪郭表面を有する第2部分と、から構成される。ライトガイドのY形状分岐部の支持表面は、方向光学素子のシステムから構成され、プリズム形状、円錐形状又はこれらの組み合わせであり、ライトガイドの第1部分の光軸上にその頂点を有する。
光源として、ライトガイドの第1部分の後方に位置付けられる発光ダイオード(LED)は、次の様式で使用される。円錐形状に構成されるY形状分岐部の中で終端する第1部分の後方には、プリズム形状に構成されるY形状分岐部の中で終端する第1部分の後方に位置付けられる発光ダイオード(LED)が有するよりも高い光束を備える発光ダイオード(LED)が位置している。
ライトガイドの第1のエッジは、平行構成要素を備える。
方向光学素子は、平面状表面、円筒状表面又は非一様有理ベーススプライン表面(non-uniform rational base splines:NURBS)によって形成され、その形状は、エントリ領域S及びS上への入射F[lx]の形状、ならびに出口領域T及びT上への出射G[lx]の形状によって画定される。
図2に図示されるように、領域S、Tは、曲線φ(s)、γ(t)によって表すことができ、s及びtは、曲線φ、γの自然パラメータを表す。次に、領域S、T内の照度F、Gは、次の式に従って、曲線φ、γに沿って関数f(s)、g(t)によって置換することができる。
式中、Sε(s)、Tε(t)は、厚さε及び幅Wを有するφ(s)、γ(t)周囲のS、Tの面積である。プリズムの形状のtにおけるY形状分岐部の場合、f(s)=F(φ(s))W、g(t)=G(γ(t))Wの関係が得られる。
この表記法に従って、曲線φのパラメータ[si,si+1]の区間によって画定される領域Siは、曲線γのパラメータ[ti,ti+1]、ti=t(si)、ti+1=t(si+1)及び以下の式に関して、領域Tiに対応し、
式中、βは素材の吸光係数、x(s,t)は点φ(s)、γ(t(s))の間の距離である。
をエネルギー飽和係数とする。B=1の状態は、必要とされるだけのエネルギーが、領域Sから領域Tへ利用可能であることを意味する。B>1の場合、領域Tにおいて光エネルギーが過剰である。B<1の場合、領域Tにおいて光エネルギーが不足している。そのような場合、変形された式g(t)=Bg(t)を用いて作業できる。関数t(s)であるので、Bは素材における吸光の関数であることに注意することが必要である。以下、B=1であると仮定する。
(Q1)を並べ替えることによって、所望の関数t=t(s)のための方程式が得られる。
素材において損失が一定の場合、(Q2)の一般的な解、
は、次の形にすることができる。
式中、定数Cは、曲線γの開始点の選択によって確定される。方程式(Q2)、(Q3)、ならびにほとんどの一般的な場合は、B≠1の場合、通常、数値解析法及び反復法によって、未知の関数t=t(s)に対する解が求められる。
ライトガイドのY形状分岐部を形成し、輪郭領域Tの中の領域Ti内へのみ反射する、パネルSiの構造は、製造誤差及び製造公差に対する高い感度を有する。この感度を低下させるために、面Siは、領域Tiを包含する領域Tの中の領域上に入射するビームを反射する、平面状表面、円筒形状表面又はNURBS表面として作製される。
提案されるライトガイドモジュールの技術的解決法は、図1及び図2に図示される。
楕円形状の輪郭表面を有するモジュールの断面を表す。 方向光学素子の数学的背景を導入する詳細説明を表す。 直線形状の輪郭表面を有するライトガイドモジュールの断面を表す。 ライトガイドモジュールの第1部分の軸の方向に光を向けることを可能にする、輪郭表面の配向の変形を表す。 ライトガイドモジュールが、反射器によって支持される、光学システムの例を表す。
図1に示されるライトガイドモジュールは、光源1と、ライトガイド2とから構成される。
ライトガイド2は、第1部分3と、Y形状分岐部4と、輪郭表面Tを有する第2部分5とから構成される。ライトガイド2のY形状分岐部4の支持表面は、方向光学素子Siのシステムから成り、プリズム形状、円錐形状又はこれらの組み合わせであり、ライトガイド2の第1部分3の光軸上にその頂点を有する。
光源1は、ライトガイド2の第1部分3の後方に、次のように配置されたLEDと略される発光ダイオードである。円錐形状に構成されるY形状分岐部4の中で終端する第1部分3の後方には、プリズム形状に構成されるY形状分岐部4の中で終端する第1部分3の後方に位置付けられるLEDよりも高い光束を備えるLEDが位置付けられる。
ライトガイド2の第1のエッジ31は、平行構成要素32を備える。構成要素32は、ライトガイド2において光の損失のない伝播のための、光の平行ビームを作成するために、光学コリメータ又はフレネルレンズとして作製することができる。
方向光学素子Siは、平面状表面、円筒形状表面又はNURBS表面によって形成される。
図3に、第2部分5の輪郭表面Tが直線状で、光源1の強度が同一である場合の、ライトガイドモジュールの特殊な事例を示す。この事例において、ライトガイド2のY形状分岐部4の支持表面は、第1部分3の光軸に対して45°の傾斜を有するプリズムの形状の表面である。
第2部分5の輪郭表面Tは、第1部分3の光軸に対してどのようにも配向することができる。図4は、出現する光を第1部分3の光軸の方向に配向することを可能にする、輪郭表面Tの変形を示す。
ライトガイドモジュールの別の用途は、輪郭表面Tがより複雑な光学システムの別の部分のための光源として機能する場合の光学システムである。図5は、ライトガイドモジュールと、輪郭表面Tのほぼ中心に焦点Fを有するパラボラ状又は楕円状の反射器6とを包含する光学システムの例を示す。
本ライトガイドモジュールの利点は、LEDが光源1として使用され、光が損失することなくライトガイド2の中を伝播するので、効率性が高いことである。さらに、本ライトガイドモジュールは、必要なスペースが極僅かであり、プリント回路を含む小型のリジッド基板のみを有するため、コストを削減する。
1 光源
2 ライトガイド
3 ライトガイドの第1部分
31 ライトガイドの第1のエッジ
32 平行構成要素(collimation component)
4 ライトガイドのY形状分岐部
5 ライトガイドの第2部分
6 反射器
F 反射器の焦点
Si 方向光学素子(directional optical elements)
T 輪郭表面
x 第1部分の軸

Claims (3)

  1. 輪郭表面の照明を備えたライトガイドモジュールであって、
    光源と、
    ライトガイドと、から構成され、
    前記ライトガイド(2)は、
    第1部分(3)と、
    Y形状分岐部(4)と、
    輪郭表面(T)を有する第2部分(5)と、から構成され、
    前記ライトガイド(2)の前記Y形状分岐部(4)の支持表面は、方向光学素子(Si)のシステムから構成され、プリズム形状及び円錐形状の組み合わせであり、前記ライトガイド(2)の前記第1部分(3)の光軸上にその頂点を有し、
    前記方向光学素子(Si)は、前記第1部分(3)からの入射光を前記輪郭表面(T)へ反射し、
    前記Y形状分岐部(4)は、プリズム形状に構成されるY形状分岐部(4)と、当該プリズム形状に構成されるY形状分岐部(4)に隣接して配置された円錐形状に構成されるY形状分岐部(4)とを有し、
    前記光源(1)は、以下のように前記ライトガイド(2)の前記第1部分(3)の後方に配置された発光ダイオードであり、
    前記円錐形状に構成されるY形状分岐部(4)の部分から延びる前記第1部分(3)の後方に、前記プリズム形状に構成されるY形状分岐部(4)の部分から延びる前記第1部分(3)の後方に配置された発光ダイオードよりも高い光束を有する発光ダイオードが配置される
    ことを特徴とする、ライトガイドモジュール。
  2. 前記ライトガイド(2)の前記第1部分(3)の、前記光源に面した第1のエッジ(31)は、平行構成要素(32)を備える
    ことを特徴とする、請求項1に記載のライトガイドモジュール。
  3. 前記Y形状分岐部(4)は、プリズム形状の支持表面を有し、前記プリズム形状の支持表面を構成する前記方向光学素子Siは、平面状表面、円筒形状表面、又はNURBS表面によって形成される
    ことを特徴とする、請求項1又は2に記載のライトガイドモジュール。
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