JP6126800B2 - 光学系ユニットおよび車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される灯具、および車両に搭載される灯具の灯室に収容される光学系ユニットに関する。

この種の灯具としては、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用い、当該ＬＥＤより出射された光をリフレクタに反射させることなく直接投射レンズに入射させる光学系（いわゆる直射型光学系）を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。投射レンズに入射した光は前方に照射され、所定の配光パターンを形成する。

特開２００９−２６６４３４号公報

特許文献１に記載の直射型光学系においては、広い角度範囲にＬＥＤから光が出射される一方、リフレクタが設けられていないため、投射レンズに入射することなくその外周側へと向かう光が存在する。

したがって光源から出射される光の利用効率が低い。さらにそのような光が灯室内部に配置された他の構成部品等により反射される結果、配向を制御されていない迷光として投射レンズに入射し、前方の車両や歩行者等に予期せぬグレアを与えるおそれがある。

よって本発明は、直射型光学系の光源から出射される光の利用効率を高め、かつ前方の車両や歩行者等に予期せぬグレアを与えないようにする技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第１の態様は、車両用灯具の灯室に収容される光学系ユニットであって、
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の前方に配置され、入射した光を前方に照射する構成とされた投射レンズと、
前記半導体発光素子から前記投射レンズに直接入射する光の経路を避けた領域に配置された透光部材とを備え、
前記透光部材は、前記半導体発光素子から出射された光の一部が入射するとともに、当該入射した光が前記投射レンズへ向けて出射される構成とされている。

上記目的を達成するために、本発明がとりうる第２の態様は、車両用灯具であって、
ハウジングと、
前記ハウジングに装着されて灯室を区画形成する透光カバーと、
前記灯室内に配置された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の前方に配置され、入射した光を前記透光カバーを通じて前方に照射する構成とされた投射レンズと、
前記灯室内に配置され、前記半導体発光素子から前記投射レンズに直接入射する光の経路を避けた領域に配置された透光部材とを備え、
前記透光部材は、前記半導体発光素子から出射された光の一部が入射するとともに、当該入射した光が前記投射レンズへ向けて出射される構成とされている。

上記のような構成によれば、半導体発光素子から投射レンズに直接入射しない光に透光部材を通過させることにより、一定の配向制御を加えて投射レンズに入射させることができる。したがって従来は投射レンズに直接入射せず灯室内部で迷光と化していた光を、配光パターンの形成に利用することができる。また投射レンズに入射される光は、一定の配光制御を受けることになるため、投射レンズに直接入射しない光が、前方車両や前方歩行者等に予期せぬグレアを与えることを防止できる。

前記透光部材は、前記入射した光の少なくとも一部が全反射される全反射面を有する構成とすることができる。この場合、蒸着により反射面を形成する必要のあるリフレクタを用いて出射光の配向制御を行なう構成と比較すると、部品・製造コストを抑制することが可能となる。

一般に配光パターンは車両の左右方向に長い形状を有する。前記全反射面が、前記半導体発光素子の左右側方に配置されている構成の場合、左右方向により広い角度範囲で半導体発光素子から出射される光を、より確実に投射レンズへ向けて導くことができる。

本発明の一実施形態に係る車両用灯具の構成を模式的に示す断面図である。 図１の灯具におけるサブレンズユニットの構成を示す正面図である。 図２における上下サブレンズの機能を説明するための図である。 図２における左右サブレンズの機能を説明するための図である。 図１の灯具により形成される配光パターンを説明するための図である。

添付の図面を参照しつつ本発明について以下詳細に説明する。なお以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

図１は、本発明の一実施形態に係る前照灯１の内部構成を模式的に示す断面図である。本発明の車両用灯具としての前照灯１は、車両の前部に装着されて車両の前方を照明する灯具である。前照灯１は、本発明のハウジングとしてのランプハウジング３の前部に透光カバー２を装着することにより区画形成された灯室４を備えている。

灯室４には光学系ユニット５が収容されている。光学系ユニット５は、ＬＥＤ６、回路基板７、ベース部材８、ヒートシンク９、投射レンズ１０、レンズホルダ１１、およびサブレンズユニット１２を備えている。

本発明の半導体発光素子としてのＬＥＤ６は、回路基板７上に実装され、図示しない信号線を介して車両側制御部から入力される制御信号に応じて発光する。

回路基板７は、ベース部材８の前面側に固定される。ヒートシンク９は、ベース部材８の背面側に固定され、ＬＥＤ６の発光に伴い回路基板７に発生する熱を逃がすように構成されている。ベース部材８は、位置決め機構１３を介してランプハウジング３に固定されている。

投射レンズ１０は、レンズホルダ１１を介しベース部材８の前面側に固定されている。投射レンズ１０はＬＥＤ６の前方に配置され、入射した光を前方に照射する構成とされている。

本実施形態の光学系ユニット５は、車両前方の広範囲および遠方を比較的高い照度で照明する、いわゆるハイビーム照射用のものであり、主に対向車や先行車が少ない道路を高速走行する場合に用いられる。

ＬＥＤ６から出射された光は、リフレクタにより反射されることなく投射レンズ１０に入射する。すなわち本実施形態の光学系ユニット５は、いわゆる直射型光学系を構成している。投射レンズ１０に入射した光は、透光カバー２を通じて前方に照射され、車両前方に所定の配光パターンを形成する。

ＬＥＤ６は広い角度範囲で光を出射するため、投射レンズ１０に直接入射しない光の発生が避けられない。そこで本実施形態においては、ＬＥＤ６の周囲にサブレンズユニット１２を設けている。

図２は、サブレンズユニット１２を投射レンズ１０の後方から見た状態を示す正面図である。図１に示した断面は、図２における線Ｉ−Ｉに沿うものに対応する。サブレンズユニット１２は、上側サブレンズ２１、下側サブレンズ２２、右側サブレンズ２３、および左側サブレンズ２４を備えている。

上側サブレンズ２１と下側サブレンズ２２は、それぞれＬＥＤ６の車両上下方向の上側と下側に配置されている。右側サブレンズ２３と左側サブレンズ２４は、それぞれＬＥＤ６の車両左右方向の右側と左側に配置されている。これらが一体とされてサブレンズユニット１２を構成し、ＬＥＤ６を包囲している。なおここでいう「一体」とは、別々に成形された複数のレンズ部材を組み合わせて一体にする場合と、予め一体に成形される場合の双方を含む意味である。

次に図３と図４を参照し、本発明の透光部材としてのサブレンズユニット１２の機能について説明する。図３は図２における線III−IIIに沿う断面に対応する。図４は、図２における線IV−IVに沿う断面に対応する。説明の便宜のために、断面を示すハッチング線は省略し、サブレンズユニット１２については各断面線に現れる輪郭線のみを表示している。

図３および図４における二点鎖線の内側領域は、ＬＥＤ６から投射レンズ１０に直接入射する光の経路を示している。当該経路に沿って投射レンズ１０に入射した光は、所定の配向制御を受け、図５に示すように、車両前方に所定の配光パターンＰＨを形成する。

上側サブレンズ２１と下側サブレンズ２２は、ＬＥＤ６から投射レンズ１０に直接入射する光の経路を避けた領域に配置されている。上側サブレンズ２１は、入射した光が投射レンズ１０に向けて出射されるように、入射面２１ａと出射面２１ｂの形状、およびサブレンズ本体の屈折率が定められている。下側サブレンズ２２は、入射した光が投射レンズ１０に向けて出射されるように、入射面２２ａと出射面２２ｂの形状、およびサブレンズ本体の屈折率が定められている。

ＬＥＤ６から出射される光の一部は、投射レンズ１０に直接入射しない領域に向かう。そのような光の例としてＬ１、Ｌ２を図３に示している。光Ｌ１は、上側サブレンズ２１を通過することにより屈折作用を受け、投射レンズ１０に入射する。光Ｌ２は、下側サブレンズ２２を通過することにより屈折作用を受け、投射レンズ１０に入射する。

図５に示すように、上側サブレンズ２１を通過した光は、ＬＥＤ６から投射レンズ１０に直接入射する光により形成される配光パターンＰＨの下方に、下側付加配光パターンＰＤを形成する。また下側サブレンズ２２を通過した光は、配光パターンＰＨの上方に上側付加配光パターンＰＵを形成する。これにより運転者の視認可能領域を車両の上下方向に拡大することが可能となる。

上側サブレンズ２１と下側サブレンズ２２は、それぞれ外周縁部に鍔部２１ｃ、２２ｃを有しており、当該部位が適宜の固定手段によりベース部材８の前面側に固定される。

右側サブレンズ２３と左側サブレンズ２４も、ＬＥＤ６から投射レンズ１０に直接入射する光の経路を避けた領域に配置されている。右側サブレンズ２３は、入射した光が投射レンズ１０に向けて出射されるように、入射面２３ａと出射面２３ｂの形状、およびサブレンズ本体の屈折率が定められている。下側サブレンズ２４は、入射した光が投射レンズ１０に向けて出射されるように、入射面２４ａと出射面２４ｂの形状、およびサブレンズ本体の屈折率が定められている。

図２に示すように、ＬＥＤ６は車両の左右方向に長尺の形状を有している。そのためＬＥＤ６の左右両端部から車両の左右方向に拡散する光は、より投射レンズ１０に直接入射しにくくなる。そこで右側サブレンズ２３と左側サブレンズ２４には、それぞれ全反射面２３ｄ、２４ｄが形成されており、通過する光を投射レンズ１０に向けて出射しやすくしている。

ＬＥＤ６から出射される光の一部は、投射レンズ１０に直接入射しない領域に向かう。そのような光の例としてＬ３、Ｌ４を図４に示している。光Ｌ３は、全反射面２３ｄに反射されつつ右側サブレンズ２３を通過することにより屈折作用を受け、投射レンズ１０に入射する。光Ｌ４は、全反射面２４ｄに反射されつつ下側サブレンズ２４を通過することにより屈折作用を受け、投射レンズ１０に入射する。

図５に示すように、右側サブレンズ２３を通過した光は、ＬＥＤ６から投射レンズ１０に直接入射する光により形成される配光パターンＰＨの左方に、左側付加配光パターンＰＬを形成する。また左側サブレンズ２４を通過した光は、配光パターンＰＨの右方に右側付加配光パターンＰＲを形成する。これにより運転者の視認可能領域を車両の左右方向に拡大することが可能となる。

右側サブレンズ２３と左側サブレンズ２４は、それぞれ外周縁部に鍔部２３ｃ、２４ｃを有しており、当該部位が適宜の固定手段によりベース部材８の前面側に固定される。

以上説明したように、本実施形態の構成においては、ＬＥＤ６から投射レンズ１０に直接入射しない光にサブレンズユニット１２を通過させることにより、一定の配向制御を加えて投射レンズ１０に入射させることを可能にしている。したがって、従来は投射レンズ１０に直接入射せず灯室内部で迷光と化していた光を、配光パターンの形成に利用することができる。また投射レンズ１０に入射される光は、一定の配光制御を受けることになるため、投射レンズ１０に直接入射しない光が、前方車両や前方歩行者等に予期せぬグレアを与えることを防止できる。

サブレンズユニット１２は、ＬＥＤ６から投射レンズ１０に直接入射する光の経路を避けた領域に配置されているため、直接入射光による本来の配光パターンＰＨの形成が阻害されることがない。したがって配光パターンＰＨの照度が低下することはなく、付加配光パターンＰＵ、ＰＤ、ＰＲ、ＰＬが追加的に形成されることにより前方の照度が増す。すなわち光源からの出射光の利用効率を高め、前方視認性を向上させることができる。

また蒸着により反射面を形成する必要のあるリフレクタを用いて出射光の配向制御を行なう構成と比較すると、部品・製造コストを抑制することが可能となる。特に右側サブレンズ２３と左側サブレンズ２４のように全反射面を有するレンズを用いる場合、蒸着面の形成を不要とできることの効果がより顕著となる。

一般に配光パターンは車両の左右方向に長い形状を有する。本実施形態のようにＬＥＤ６の左右側方に配置された右側サブレンズ２３と左側サブレンズ２４が全反射面２３ｄ、２４ｄを有する構成の場合、左右方向により広い角度範囲でＬＥＤ６から出射される光を、より確実に投射レンズ１０へ向けて導くことができる。

上記の実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更・改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは明らかである。

光源として用いる半導体発光素子は、ＬＥＤに限られるものではない。レーザダイオードや有機ＥＬ発光素子を用いてもよい。

必ずしも上側サブレンズ２１、下側サブレンズ２２、右側サブレンズ２３、左側サブレンズ２４の全てを設け、ＬＥＤ６の周囲全方向を包囲することを要しない。ＬＥＤ６から投射レンズ１０に直接入射しない光の利用あるいは処理が必要な限りにおいて、これらのうち少なくとも１つを必要な箇所に設ける構成としてもよい。

右側サブレンズ２３の入射面２３ａと左側サブレンズ２４の入射面２４ａに入射した光の全てが全反射面２３ｄ、２４ｄによる反射に供される必要はない。出射光を投射レンズ１０へ導くことができる限りにおいて、入射光の少なくとも一部が全反射面２３ｄ、２４ｄによる反射に供される構成としてもよい。

全反射面は、必ずしも右側サブレンズ２３と左側サブレンズ２４のみに形成することを要しない。必要に応じて上側サブレンズ２１と左側サブレンズ２２に形成してもよい。ＬＥＤ６から左右方向に出射した投射レンズ１０に直接入射しない光を、投射レンズ１０へ導くことが可能である限りにおいて、全反射面２３ｄ、２４ｄの形成は省略してもよい。

ＬＥＤ６、投射レンズ１０、サブレンズユニット１２は、必ずしも光学系ユニット５として一体部品を構成することを要しない。投射レンズ１０がＬＥＤ６の前方に配置されて入射した光を透光カバー２を通じて前方に照射し、サブレンズユニット１２がＬＥＤ６から投射レンズ１０に直接入射する光の経路を避けて配置され、サブレンズユニット１２に入射した光が投射レンズ１０に導かれる構成を有している限りにおいて、これらの要素部品は、個別に灯室４内に配置される構成としてもよい。

本発明の光学系ユニット５は、ハイビーム配光パターンＰＨを形成する用途に限られるものではない。また本発明の車両用灯具は、前照灯１の用途に限られるものではない。すなわち投射レンズ１０が光を照射する「前方」とは、車両の前方に限られるものではない。本発明は、自身の「前方」に光を照射し、所定の配光パターンを形成するために用いられる投射レンズ１０を備える、あらゆる車両用灯具に適用することができる。

１：前照灯、２：透光カバー、３：ランプハウジング、４：灯室、５：光学系ユニット、６：ＬＥＤ、１０：投射レンズ、１２：サブレンズユニット、２１：上側サブレンズ、２１ａ：入射面、２１ｂ：出射面、２２：下側サブレンズ、２２ａ：入射面、２２ｂ：出射面、２３：右側サブレンズ、２３ａ：入射面、２３ｂ：出射面、２３ｄ：全反射面、２４：左側サブレンズ、２４ａ：入射面、２４ｂ：出射面、２４ｄ：全反射面

Claims (2)

1. 車両用灯具の灯室に収容される光学系ユニットであって、
   半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子の前方に配置され、入射した光を前方に照射する構成とされた投射レンズと、
   前記半導体発光素子から前記投射レンズに直接入射する光の経路を避けた領域に配置された透光部材とを備え、
   前記透光部材は、前記半導体発光素子から出射された光の一部が入射するとともに、当該入射した光が前記投射レンズへ向けて出射される構成とされており、
   前記透光部材は、前記入射した光の少なくとも一部が全反射される全反射面を有しており、
   前記全反射面は、前記半導体発光素子の左右側方に配置されている、光学系ユニット。
2. ハウジングと、
   前記ハウジングに装着されて灯室を区画形成する透光カバーと、
   前記灯室内に配置された半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子の前方に配置され、入射した光を前記透光カバーを通じて前方に照射する構成とされた投射レンズと、
   前記灯室内に配置され、前記半導体発光素子から前記投射レンズに直接入射する光の経路を避けた領域に配置された透光部材とを備え、
   前記透光部材は、前記半導体発光素子から出射された光の一部が入射するとともに、当該入射した光が前記投射レンズへ向けて出射される構成とされており、
   前記透光部材は、前記入射した光の少なくとも一部が全反射される全反射面を有しており、
   前記全反射面は、前記半導体発光素子の左右側方に配置されている、車両用灯具。

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