JP6604030B2 - 車両用灯具 - Google Patents
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Description
しかしながら、レンズの材料を樹脂とした場合、レンズ上部及びレンズ下部からの出射光を中心光度帯に寄与させる設計とすると、温度によるレンズの屈折率の変化の影響を受け、中心光度帯が変動してしまうという問題がある。
このようにレンズ上部及びレンズ下部からの出射光を中心光度帯から外すことで中心光度帯が変動する問題を解決することが可能であると考えられる。
しかしながら、レンズ上部及びレンズ下部からの出射光を上方に照射するようにして中心光度帯から外すようにすると、今度は、配光パターンの上方に強い青色分光色が発生するという問題がある。
(1)本発明の車両用灯具は、半導体型の光源と前記光源からの光を配光制御する樹脂製のレンズを備え、前記レンズは、少なくとも前記光源の光源光軸を基準として、所定の上方照射角度より大きい角度で上方に照射される前記光源からの光が入射する上部入射面と、所定の下方照射角度より大きい角度で下方に照射される前記光源からの光が入射する下部入射面と、前記上部入射面と前記下部入射面の間の中間入射面と、を備える入射面を有し、前記下部入射面は、前記光源光軸側の第1下部入射面と前記第1下部入射面よりも下方の第2下部入射面とを有し、前記レンズは、前記第2下部入射面に入射する光を下方に照射するとともに、前記上部入射面及び前記第1下部入射面に入射する光を上方へ照射する配光制御を行い、前記第1下部入射面に入射する光の上方への照射角度が前記上部入射面に入射する光の上方への照射角度よりも小さい。
(2)上記(1)の構成において、前記第1下部入射面及び前記上部入射面は、波長が500nm以上の光に対して上方への照射角度を制御している。
(3)上記(1)又は(2)の構成において、前記レンズは、前記レンズのレンズ光軸を基準として前記レンズ光軸よりも上側の部分が、前記レンズ光軸よりも下側の部分よりも上下方向の幅が大きく形成されている。
(4)上記(1)から(3)のいずれか1つの構成において、少なくとも前記上部入射面及び前記下部入射面には、光拡散構造が形成されており、前記下部入射面に形成される光拡散構造は、前記上部入射面に形成される光拡散構造よりも光の拡散量が大きくなるように設定されている。
(5)上記(1)から(4)のいずれか1つの構成において、前記光源は、4チップ以上の発光チップを有し、前記レンズは、後方焦点距離が18mm以上であり、前記レンズは、前記レンズの後方焦点が前記発光チップの形成する発光面の発光中心若しくは発光中心近傍に位置するように配置されている。
なお、以下では単に車両用灯具と記載する。
図2に示すように、灯具ユニット10は、ヒートシンク20と、ヒートシンク20上に配置される半導体型の光源30と、レンズホルダ(図示せず)を介してヒートシンク20に取付けられるレンズ40とを備え、光源30からの光を直接レンズ40に入射させるレンズ直射型の灯具ユニットである。
ヒートシンク20は、光源30が発生する熱を放熱する部材であり、熱伝導率の高い金属材料(例えば、アルミ等)や樹脂材料を用いて成形されるのが好適である。
光源30は、図示しない給電用の電気配線などが形成された基板31上に発光チップ32が設けられたLEDを用いている。
より具体的には、基板31上に4つの発光チップ32が水平方向に配置され、正面視長方形状の発光面が形成されるようにしたLEDを用いている。
さらに、本実施形態では、光源30としてLEDを用いているが、光源30は、例えば、LD(半導体レーザ)のような半導体型の光源でもよい。
レンズ40は、例えば、PMMAなどのアクリル系樹脂、ポリカーボネート(PC)、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート(PCT)などの透明な樹脂材料で形成される。
そして、この屈折率の波長依存性(波長による屈折率の変化)が大きいと分光が起きやすくなるが、PMMAなどのアクリル系樹脂は比較的屈折率の波長依存性が小さい材料であるため分光を小さくしやすい。
したがって、レンズ40は、上記のような材料の中でもPMMAなどのアクリル系樹脂によって形成されるのが特に好適である。
一方、図3に灯具ユニット10の光源光軸Zに沿った水平断面図を示すが、水平断面では、入射面41は内側に凹む形状の曲面とされている。
なお、図3でも図2と同様にレンズホルダの図示を省略している。
このように、レンズ40の入射面41は、垂直断面が凸状の曲面で水平断面が凹状の曲面である複合2次曲面で形成されている。
但し、25度に限定される必要はなく、必要に応じて変更して良く、例えば、水平方向照射角度αの所定の角度は20度以上30度以下の範囲から選ばれるのが好適である。
そうすると、樹脂製のレンズ40が熱の影響で劣化する恐れがある。
そこで、レンズ40としては、後方焦点距離が18mm以上のものとするのが好適である。
以下の説明では、主な配光を形成するレンズ40の中央側の部分(範囲A参照)について、図4に一点斜線で示すように、上部入射面41a、中間入射面41b、下部入射面41cに分けて、入射面41の位置ごとに入射する光が形成する配光状態について説明する。
中間入射面41bは、図5に示すように、上端41bUが、光源光軸Zを基準として、所定の上方照射角度θ1の角度で上方に照射される光源30からの光が入射する位置にあり、下端41bDが、所定の下方照射角度θ1’の角度で下方に照射される光源30からの光が入射する位置にある。
このように、大きな屈曲(屈折)を伴わずに出射(前方に照射)される光が入射する範囲を中間入射面41bとして、図6に示すように、この中間入射面41bに入射する光でハイビーム配光パターンHPの主要な配光パターンPMを形成するようにしている。
なお、以降の他の図においても、VU−VDは垂直線を示し、HL−HRは水平線を示すものとする。
以降において他の図で示される配光パターンの図も図6と同様であり、実際の配光パターンは図示されるものよりも少し左右方向に広がったものとなる。
図7は、光源光軸Zに沿った鉛直断面図であり、上部入射面41aに入射する光の配光制御の状態を示したものになっている。
このように、配光制御された上部入射面41aに入射する光が形成する配光パターンPUを図8に示す。
このように、光が大きな屈曲(屈折)を伴って前方に照射される場合、レンズ40の屈折率が温度変化によって変化するとその屈折率の変化の影響を受けて、形成される配光パターンPUの位置が変動しやすい。
下部入射面41cは、光源光軸Zを基準として、所定の下方照射角度θ1’(図5参照)より大きい角度、具体的には、下方照射角度θ1’が25度より大きい角度で下方に照射される光源30からの光が入射する入射面41であるが、後述するように、下部入射面41cは、光源光軸Z側の第1下部入射面41c1と第1下部入射面41c1よりも下方の第2下部入射面41c2とを有している。
図9は、光源光軸Zに沿った鉛直断面図であり、下部入射面41cのうちの第1下部入射面41c1に入射する光の配光制御の状態を示したものになっている。
このため、第1下部入射面41c1及び上部入射面41aの上方へ光を照射する照射角度の制御は、波長が500nm以上の光を基準として、より具体的には、500nmから650nmである光を基準波長として設計されている。
なお、この基準波長の光(500nmから600nmの光)は、F線からC線の波長の光を意味している。
つまり、第1下部入射面41c1及び上部入射面41aは、波長が500nm以上の光に対して、より具体的には、波長が500nmから650nmである光に対して上方への照射角度の制御を行っている。
これは、第2下部入射面41c2が、第1下部入射面41c1よりもレンズ40の下側に位置しており、ここに入射する光は、分光の影響を強く受けるため、上方に配光制御しないようにするためである。
図11は、光源光軸Zに沿った鉛直断面図であり、下部入射面41cのうちの第2下部入射面41c2に入射する光の配光制御の状態を示したものになっている。
このため、第2下部入射面41c2に入射する光が形成する配光パターンPD2は、全体的にあまり光度差を持たない配光状態であるため、レンズ40の屈折率が変化しても、中央光度帯(水平線と垂直線との交わる中央部分)に対してあまり影響を与えることがない。
また、このような光度の低い配光パターンPD2が多重されることでハイビーム配光パターンHPの下端にくっきりした明暗が現れない良好なハイビーム配光パターンHPとすることができる。
つまり、図9に示した第1下部入射面41c1に入射する光よりも、図11に示した第2下部入射面41c2に入射する光の方がレンズ40の出射面42の下側から前方に光が照射されるので、第2下部入射面41c2に入射する光の方が、分光は起きやすく、配光パターンの上側に青色分光色が強く表れることになる。
このように、薄らと青色分光色が残る場合には、以下のようにすることで、さらに、この薄らとした青色分光色も消すことが可能である。
なお、レンズ40の左右にある凸部(図左側に1つの凸部、図右側に2つの凸部)が形成されている部分は、レンズホルダによって保持されるフランジ43であり、そのフランジ43の内側が光の出射する出射面42である。
なお、光源30の発光チップ32が形成する発光面の発光中心は、このレンズ光軸上O若しくはレンズ光軸O近傍に位置する。
また、図4に示した範囲Aの外側(左右外側)になる入射面41にも光拡散構造を設けるようにしてもよい。
本実施形態では、光源30からの光の上方照射角度θ1が25度以下で下方照射角度θ1’が25度以下である範囲内の光が入射する入射面41の部分を中間入射面41bとして、中間入射面41bよりも上側の入射面41を上部入射面41aとし、中間入射面41bよりも下側の入射面41を下部入射面41cとした場合について示してきたが、これに限定されるものではない。
なお、第1下部入射面41c1は、中間入射面41bと第2下部入射面41c2の入射面41として規定される。
20 ヒートシンク
21 裏面
30 光源
31 基板
32 発光チップ
40 レンズ
41 入射面
41a 上部入射面
41aD 下端
41b 中間入射面
41bD 下端
41bU 上端
41c 下部入射面
41c1 第1下部入射面
41c1D 下端
41c1U 上端
41c2 第2下部入射面
41c2U 上端
42 出射面
43 フランジ
44a 上側の部分
44b 下側の部分
HP ハイビーム配光パターン
PU、PM、PD1、PD2 配光パターン
M 中央光度帯
O レンズ光軸
Z 光源光軸
101L、101R 車両用前照灯
102 車両
Claims (5)
- 半導体型の光源と前記光源からの光を配光制御する樹脂製のレンズを備え、
前記レンズは、入射面と出射面とを有し、
前記入射面は、少なくとも前記光源の光源光軸を基準として、所定の上方照射角度より大きい角度で上方に照射される前記光源からの光が入射する上部入射面と、所定の下方照射角度より大きい角度で下方に照射される前記光源からの光が入射する下部入射面と、前記上部入射面と前記下部入射面の間の中間入射面と、を備え、前記入射面は、前記光源光軸を含む垂直断面が前記光源に向かって凸状の曲面で、前記光源光軸を含む水平断面が前記光源に向かって凹状の曲面である複合2次曲面であり、
前記出射面は、前記光源と反対側に向かって凸状に形成された自由曲面であり、
前記下部入射面は、前記光源光軸側の第1下部入射面と前記第1下部入射面よりも下方の第2下部入射面とを有し、
前記レンズは、前記第2下部入射面に入射する光を前記光源光軸を基準として下方に照射するとともに、前記上部入射面に入射する光を前記光源光軸を基準として第1の角度で上方へ照射し、前記第1下部入射面に入射する光を前記光源光軸を基準として第2の角度で上方へ照射する配光制御を行い、
前記第2の角度が前記第1の角度よりも小さいことを特徴とする車両用灯具。 - 前記第1下部入射面及び前記上部入射面は、波長が500nm以上の光に対して上方への照射角度を制御していることを特徴とする請求項1に記載の車両用灯具。
- 前記レンズは、前記レンズのレンズ光軸を基準として前記レンズ光軸よりも上側の部分が、前記レンズ光軸よりも下側の部分よりも上下方向の幅が大きく形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用灯具。
- 少なくとも前記上部入射面及び前記下部入射面には、光拡散構造が形成されており、
前記下部入射面に形成される光拡散構造は、前記上部入射面に形成される光拡散構造よりも光の拡散量が大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の車両用灯具。 - 前記光源は、4チップ以上の発光チップを有し、
前記レンズは、後方焦点距離が18mm以上であり、
前記レンズは、前記レンズの後方焦点が前記発光チップの形成する発光面の発光中心若しくは発光中心近傍に位置するように配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の車両用灯具。
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