JP2018026192A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数や組立工数を削減してコストダウンを図りつつ、光の利用効率の向上と均一な発光を実現することができる車両用灯具を提供すること。【解決手段】基板３上に配置された複数のＬＥＤ２と、該ＬＥＤ２の光出射方向前方に配置され、各ＬＥＤ２に対向する凸曲面状の複数の入射面５と、斜めに傾斜する凸曲面状の出射面７を有する光学レンズ４と、を備える車両用灯具１において、基板３を光学レンズ４の出射面７の傾斜に沿うよう斜めに配置された平面基板とし、各ＬＥＤ２の光軸ｘと、光学レンズ４のレンズ軸ｙと、配光狙い方向とを各々独立に設定するとともに、光学レンズ４の各入射面５は、各ＬＥＤ２からの光を光学レンズ４の臨界角の範囲内において入射・拡散させる構成とし、光学レンズ４の出射面７には、該光学レンズ４内を拡散する光を配光狙い方向に屈折させる複数のプリズムカット７ａを形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＬＥＤからの光によって発光する光学レンズを備える車両用灯具に関するものである。

例えば、テールランプやストップランプ等の車両用灯具の光源には、従来のバルブ（電球）に代えてＬＥＤ（発光ダイオード）が使用されつつある。このＬＥＤは、発光効率が高くて長寿命であり、且つ、省電力等の利点を有する反面、指向性の高い光を出射するため、その光をそのまま利用することができないという問題がある。このため、通常はＬＥＤから出射する指向性の高い光を光透過性の高い光学レンズに入射させ、該光学レンズによって配光を制御しつつ出射させることによって当該光学レンズを発光させることが行われている。

ところで、複数のＬＥＤを光学レンズの長手方向に沿って適当な間隔で配列して成る車両用灯具においては、光学レンズに発光ムラが発生するという問題がある。この問題を解決するため、特許文献１には、図４に示す車両用灯具が提案されている。

即ち、図４は特許文献１において提案された車両用灯具の平断面図であり、図示の車両用灯具１１は、車両の後部左右に配置されるテールランプとして使用されるものであって、ランプボディ１２とその開口部を覆う素通しの透光カバー１３によって画成された灯室１４内に、光源である３つのＬＥＤ１５と光学レンズ１６を収容して構成されている。

上記透光カバー１３は、車体の形状に沿って傾斜する曲面形状に成形されており、ランプボディ１２は、透光カバー１３の形状に合わせて階段状に成形されており、各階段の内面にはＬＥＤ１５が基板１７を介してそれぞれ取り付けられている。ここで、３つのＬＥＤ１５は、その光軸ｘが車両前後方向（図４の上下方向）となるよう配置されており、同一水平面上において横方向（図４の左右方向）に等間隔で配置されている。

前記光学レンズ１６は、水平面に沿って延びる導光板として構成されており、各ＬＥＤ１５に対向する部位には、各ＬＥＤ１５に向かって山状に突出する入射部１６Ａがそれぞれ形成されており、各入射部１６Ａの反対側の面は、透光カバー１３の形状に沿って傾斜した曲面状を成す出射面１６Ｂを構成している。ここで、導光レンズ１６の各入射部１６Ａには、ＬＥＤ１５側に向かって膨出する凸面状（非球面状）の第１入射面１６ａが形成され、この第１入射面１６ａの周囲には、第２入射面１６ｂが形成されている。又、各入射部１６Ａの外周面は、各第２入射面１６ｂから入射したＬＥＤ１５からの光を全反射させる反射面１６ｃを構成している。

而して、この車両用灯具１１においては、光学レンズ１６の各第１入射面１６ａは、平面内において各ＬＥＤ１５からの光を拡散光として入射させるように構成されており、各反射面１６ｃは、平面内において各第２入射面１６ｂから入射したＬＥＤ１５からの光を拡散光として反射させるように構成されている。このため、光学レンズ１６の出射面１６Ｂに対して各第１入射面１６ａからの入射光が到達する領域と各反射面１６ｃからの反射光が到達する領域とを広範囲に亘って重複させることができ、光学レンズ１６を正面側から見たとき、各第１入射面１６ａと各反射面１６ｃとの間に暗部が発生することがなく、光学レンズ１６を均一に発光させて発光ムラの発生を防ぐことができる。

又、特許文献２には、図５に示す車両用灯具が提案されている。

即ち、図５は特許文献２において提案された車両用灯具要部の平断面図であり、図示の車両用灯具２１も、同一平面上において横方向（図５の左右方向）に適当な間隔で配置された複数（図５には２つのみ図示）のＬＥＤ２５と、各ＬＥＤ２５の光出射方向前方（図５の下方）に配置された光学レンズ２６を備えている。ここで、各ＬＥＤ２５は、その光軸ｘが車両前後方向（図５の上下方向）となるよう配置されている。

又、光学レンズ２６は、水平面に沿って延びる導光板として構成されており、各ＬＥＤ２５に対向する部位には、各ＬＥＤ２５に向かって山状に突出する入射部２６Ａがそれぞれ形成されており、各入射部２６Ａの反対側の面は、車体の形状に沿う傾斜した曲面状を成す出射面２６Ｂを構成している。ここで、光学レンズ２６の各入射部２６Ａには、ＬＥＤ２５側に向かって膨出する凸面状（非球面状）の第１入射面２６ａが形成され、この第１入射面２６ａの周囲には、第２入射面２６ｂが形成されている。又、各入射部２６Ａの外周面は、各第２入射面２６ｂから入射したＬＥＤ２５からの光を光軸ｘに沿う方向（図５の垂直下方）に向かって全反射させる反射面２６ｃを構成している。

而して、この車両用灯具２１においては、各ＬＥＤ２５を実装する基板として、波状に成形されたフレキシブル基板２７が用いられており、このフレキシブル基板２７の各反射面の後方側（図５の上側）の部位に、光を拡散反射させる拡散面２７ａをそれぞれ設けている。このため、少なくとも非点灯時において、車両用灯具２１の外部から内部に入射した光の一部がフレキシブル基板２７の拡散面２７ａによって拡散され、拡散された光の一部が各反射面２６ｃを介して車両用灯具２１の外部に向かって出射される。この結果、車両用灯具２１を外部から見た場合、光学レンズ２６の各反射面２６ｃがその周囲と同程度に明るい状態となって見え、暗部として認識されにくくなるため、非点灯時における光学レンズ２６、延いては車両用灯具２１全体の見栄えが高められる。

特開２０１４−０７５３３１号公報 特開２０１６−００４６６７号公報

しかしながら、特許文献１において提案された図４に示す車両用灯具１１においては、光学レンズ１６の出射面１６Ｂの傾斜角（キャンバ角）に関係なく、ＬＥＤ１５の光軸ｘ方向を配光狙い方向（図４の垂直下方）に合わせてレイアウトする必要から、各ＬＥＤ１５を実装する基板１７を配光狙い方向と略直交する向きに配置している。この配置を実現するには、ＬＥＤ１５ごとに基板１７を分割し、これらの基板１７をランプボディ１２に階段状に配置する必要があるため、ＬＥＤ１５の数だけの基板１７とジャンパ線が必要となり、部品点数や組立工数が増えてコストアップを招くという問題がある。

又、非点灯時に外部から入射する光によってＬＥＤ１５が見えるために当該車両用灯具１１の見栄えが低下するとともに、点灯時の制御不能な光による点光りによって点灯フィーリングの悪化を招くという問題もある。更に、複数の基板１７を階段状に配置するためにランプボディ１２も階段状に成形する必要があり、ランプボディ１２の背面側に無駄な空間Ｓが発生するという問題もある。

他方、特許文献２において提案された図５に示す車両用灯具２１においては、フレキシブル基板２７を用いるために部品点数を削減することはできるが、フレキシブル基板２７そのものが高価であるため、製品コストの低減は実現しないという問題がある。

そこで、図６に示すような基板を平面化した車両用灯具が提案される。

即ち、図６は基板を平面化した車両用灯具要部の平断面図であり、図示の車両用灯具３１においては、１枚の平面基板３７を光学レンズ３６の出射面（意匠面）３６ｂの傾斜に合わせて斜めに配置し、この平面基板３７に複数（図示例では、６つ）のＬＥＤ３５を同一平面上において等間隔に配置している。ここで、各ＬＥＤ３５の光軸ｘの方向は、平面基板３７の実装面に直交する方向であり、配光狙い方向は車両後方（図６の垂直下方）である。

又、光学レンズ３６の各ＬＥＤ３５に対向する部位には、凸曲面状の入射面３６ａがそれぞれ形成されており、これらの入射面３６ａとは反対側に形成された出射面３６ｂには光屈折用の鋸刃状の複数のプリズムカット（不図示）が連続的に形成されている。

以上のように構成された車両用灯具３１において、各ＬＥＤ３５から光軸ｘ方向に出射する光は、光学レンズ３６の各入射面３６ａから入射して該光学レンズ３６の内部を拡散しながら出射面３６ｂへと向かい、出射面３６ｂに形成されたプリズムカット３６ｃによって配光狙い方向に屈折して車両後方に向かって出射するため、この光によって出射面３６ｂが発光する。

しかしながら、各ＬＥＤ３５から光学レンズ３６に入射した光の一部、具体的には光学レンズ３６の臨界角を超える車両外側に向かう光Ｌ１が出射面３６ｂで全反射して出射面３６ｂから出射しないため、出射面３６ｂの全反射部分が暗部となり、光学レンズ３６に発光ムラが発生する。又、光学レンズ３６の出射面３６ｂで全反射する光が光学レンズ３６の発光に寄与しないため、光の利用効率が悪く、発光光量が減少して輝度が低下するという問題もある。

更に、各ＬＥＤ３５からの直射光Ｌ２や制御不能な光（クロス光）Ｌ３，Ｌ４による点光りによって点灯フィーリングの悪化を招くという問題もある。本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、部品点数や組立工数を削減してコストダウンを図りつつ、光の利用効率の向上と均一な発光を実現することができる車両用灯具を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
基板上に配置された複数のＬＥＤと、
該ＬＥＤの光出射方向前方に配置され、各ＬＥＤに対向する凸曲面状の複数の入射面と、光出射方向において前記入射面とは反対側に設けられた斜めに傾斜する凸曲面状の出射面を有する光学レンズと、
を備える車両用灯具において、
前記基板を前記光学レンズの出射面の傾斜に沿うよう斜めに配置された平面基板とし、
前記各ＬＥＤの光軸と、前記光学レンズのレンズ軸と、配光狙い方向とを各々独立に設定するとともに、
前記光学レンズの各入射面は、前記各ＬＥＤからの光を前記光学レンズの臨界角の範囲内において入射・拡散させる構成とし、前記光学レンズの出射面には、該光学レンズ内を拡散する光を配光狙い方向に屈折させる複数のカットを形成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光学レンズの隣接する入射面の間に溝状の遮光スリットをそれぞれ形成するとともに、各遮光スリットの相対向する内面に光拡散処理を施したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記光学レンズの前記各遮光スリットの底部に平坦面をそれぞれ形成したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、光学レンズの各入射面から入射する各ＬＥＤからの光は、光学レンズの臨界角の範囲内において入射・拡散するために光学レンズの出射面で全反射することがなく、全ての光が出射面に形成されたカットによって屈折して配光狙い方向に出射する。このため、光の利用効率が高められるとともに、全反射による暗部の発生が防がれて光学レンズの均一な発光が実現する。又、平面化された平面基板を用いるため、この平面基板をＬＥＤの数に応じて複数に分割する必要がなく、部品点数と組立工数を削減して当該車両用灯具のコストダウンと軽量化を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、各ＬＥＤから出射する光のうち光学レンズの臨界角の範囲外に向かう光は、遮光スリットによって遮光されて出射面で全反射することがなく、不要な光（制御不能な光）の光学レンズ外への出射が抑えられるために当該車両用灯具の点灯フィーリングが高められる。又、光学レンズの入射面に入射しない直射光は、各遮光リブの光拡散処理された内面によって拡散・減光されて光学レンズ外への出射が抑制される（遮光される）ため、直射光による各ＬＥＤの点光りが抑えられて当該車両用灯具の点灯フィーリングが高められる。

請求項３記載の発明によれば、光学レンズに形成された各遮光スリットの平坦面の幅を調整することによって、該平坦面を、レイアウト（複数のＬＥＤの配列ピッチや光学レンズの奥行き等）に対応させたり、遮光スリットによる遮光量を微調整する調整代として使用することができる。

本発明に係る車両用灯具要部の平断面図である。 図１のＡ部拡大詳細図である。 図１のＢ部拡大詳細図である。 特許文献１において提案された車両用灯具の平断面図である。 特許文献２において提案された車両用灯具要部の平断面図である。 基板を平面化した車両用灯具要部の平断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る車両用灯具要部の平断面図、図２は図１のＡ部拡大詳細図、図３は図１のＢ部拡大詳細図であり、図示の車両用灯具１は、車両の後部左右に配置されるテールランプとして使用されるものである。尚、左右のテールランプの基本構成は同じであるため、以下、左側に配置されるテールランプとして使用される車両用灯具１についてのみ図示及び説明する。

テールランプとして使用される図示の車両用灯具１は、図示しないハウジングとその開口部を覆う素通しのアウタレンズによって画成された灯室内に、光源である複数（図示例では、６つ）のＬＥＤ２と、これらのＬＥＤ３を実装する平面化された１枚の平面基板３と、各ＬＥＤ２の光出射方向前方（車両後方）に配置された光学レンズ４を収容して構成されている。

複数のＬＥＤ２を実装する平面基板３は、車両外側に向かって車両前方に傾斜するよう斜めに配置されており、この平面基板３の長手方向に沿って複数のＬＥＤ２が同一平面上において等間隔で配置されている。尚、本実施の形態では、ＬＥＤ２には赤色ＬＥＤが使用され、その光軸ｘの方向は、平面基板３の実装面に直交する方向とされている
前記光学レンズ４は、光透過性の高いアクリルやポリカーボネイト等の透明樹脂によって平板状に一体に形成されており、各ＬＥＤ２に対向する部位には、凸曲面（非球面）状の入射面５がそれぞれ形成されている。そして、光学レンズの隣接する入射面の間には、溝状の遮光スリット６がそれぞれ形成されている。ここで、各遮光スリット６は、逆台形状を成しており、相対向する内面６ａは、車両の斜め前方に向かって広がるテーパ面とされ、これにはシボ加工や微小カット等の光拡散処理が施されている。

ところで、図１に示すように、当該車両用灯具１の配光狙い方向は、車両後方（図１の垂直下方）とされており、この配光狙い方向と各ＬＥＤ２の屈折限界ラインとの成す角度は、光学レンズ４の材料の臨界角を示す。

而して、光学レンズ４の各入射面５は、各ＬＥＤ２から光軸ｘ方向に出射する光を当該光学レンズ４の臨界角の範囲内において入射・拡散させる構成とされており、光学レンズ４内での光の出力角（拡散角）θ（図２参照）は、臨界角の範囲内に設定されるとともに、光学レンズ４の各入射面５を通るレンズ光軸ｙは、光の出力角θの範囲に設定されている。つまり、光学レンズ４の各入射面５から入射する光は、出力角θの範囲内で均一な輝度が得られるように、各入射面５によって拡散及び集光制御される。

ここで、光学レンズ４の光出射方向において入射面５とは反対側（正面側）には、横方向に細長い出射面７が形成されているが、この出射面７は、車体後部の外形形状に沿って斜めに傾斜する（車両外側に向かって車両前方へと傾斜する）凸曲面形状を成している。尚、平面基板３は、光学レンズ４の出射面７の傾斜に沿って斜めに配置されている。

而して、テールランプとして機能する車両用灯具１の配光狙い方向は、車両後方（図１の垂直下方）であって、光学レンズ４の出射面７には、該光学レンズ４内を拡散しながら当該出射面７に向かう光を配光狙い方向（車両後方）へと屈折させる鋸刃状の複数のプリズムカット７ａが連続的に形成されている（図３参照）。従って、本実施の形態に係る車両用灯具１においては、図１に示すように、各ＬＥＤ２の光軸ｘと、光学レンズ４のレンズ光軸ｙと、配光狙い方向とは各々独立に設定されている。

従って、本実施の形態に係る車両用灯具１において、複数のＬＥＤ２が同時に起動されてこれらが発光すると、各ＬＥＤ２からその光軸ｘ方向に出射する光（赤色光）は、光学レンズ４の各入射面５から該光学レンズ４内に入射するが、この光は、前述のように各入射面５の作用によって光学レンズ４の臨界角の範囲内において入射・拡散しつつ出射面７に向かい、出射面７に形成された複数のプリズムカット７ａによって屈折して配光狙い方向（車両後方）に向かって出射する。このとき、各ＬＥＤ２からの光が光学レンズ４の出射面７から出射する際に互いの光同士が交差することがないため、光学レンズ４の出射面７が全幅に亘ってライン状に均一に発光する。

以上のように、本実施の形態に係る車両用灯具１においては、光学レンズ４の各入射面５から入射する各ＬＥＤ２からの光は、光学レンズ４の臨界角の範囲内において入射・拡散するために光学レンズ４の出射面７で全反射することがなく、全ての光が出射面７に形成されたプリズムカット７ａによって屈折して配光狙い方向（車両後方）に出射する。このため、光の利用効率が高められるとともに、全反射による暗部の発生が防がれて光学レンズ４の均一な発光が実現する。

又、本実施の形態では、平面化された平面基板３を用いるため、この平面基板３をＬＥＤ２の数に応じて複数に分割する必要がなく、部品点数と組立工数を削減して当該車両用灯具１のコストダウンと軽量化を図ることができるとともに、ＬＥＤ２の位置精度が高められて当該車両用灯具１の品質の向上が図られる。そして、平面基板３を斜めに配置することによって、当該車両用灯具１の奥行き寸法を小さく抑えて小型化を図ることもできる。

更に、本実施の形態に係る車両用灯具１においては、光学レンズ４の隣接する入射面５の間に溝状の遮光スリット６をそれぞれ形成するとともに、各遮光スリット６の相対向する内面６ａにシボ加工等の光拡散処理を施したため、各ＬＥＤ２から出射する光のうち光学レンズ４の臨界角の範囲外に向かう光は、遮光スリット６によって遮光されて出射面７で全反射することがなく、不要な光（制御不能な光）の光学レンズ４外への出射が抑えられるために当該車両用灯具１の点灯フィーリングが高められる。又、光学レンズ４の入射面５に入射しない直射光は、各遮光スリット６の光拡散処理された内面６ａによって拡散・減光されて光学レンズ４外への出射が抑制される（遮光される）ため、直射光による各ＬＥＤ２の点光りが抑えられ、このことによっても当該車両用灯具１の点灯フィーリングが高められる。

そして、本実施の形態では、光学レンズ４の各遮光スリット６の底部に平坦面６ｂをそれぞれ形成したため、各平坦面６ｂの幅を調整することによって、該平坦面６ｂを、レイアウト（複数のＬＥＤ２の配列ピッチや光学レンズ４の奥行き等）に対応させたり、遮光スリット６による遮光量を微調整する調整代として使用することができる。

尚、以上はテールランプとして使用される車両用灯具に対して本発明を適用した形態について説明したが、本発明は、テールランプ以外の他の任意の用途に供せられる車両用灯具に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

１ 車両用灯具
２ ＬＥＤ
３ 平面基板
４ 光学レンズ
５ 光学レンズの入射面
６ 光学レンズの遮光スリット
６ａ 遮光スリットの内面
６ｂ 遮光スリットの平坦面
７ 光学レンズの出射面
７ａ 出射面のレンズカット
ｘ ＬＥＤの光軸
ｙ レンズ光軸
θ 光の出力角

Claims (3)

1. 基板上に配置された複数のＬＥＤと、
   該ＬＥＤの光出射方向前方に配置され、各ＬＥＤに対向する凸曲面状の複数の入射面と、光出射方向において前記入射面とは反対側に設けられた斜めに傾斜する凸曲面状の出射面を有する光学レンズと、
   を備える車両用灯具において、
   前記基板を前記光学レンズの出射面の傾斜に沿うよう斜めに配置された平面基板とし、
   前記各ＬＥＤの光軸と、前記光学レンズのレンズ軸と、配光狙い方向とを各々独立に設定するとともに、
   前記光学レンズの各入射面は、前記各ＬＥＤからの光を前記光学レンズの臨界角の範囲内において入射・拡散させる構成とし、前記光学レンズの出射面には、該光学レンズ内を拡散する光を配光狙い方向に屈折させる複数のカットを形成したことを特徴とする車両用灯具。
2. 前記光学レンズの隣接する入射面の間に溝状の遮光スリットをそれぞれ形成するとともに、各遮光スリットの相対向する内面に光拡散処理を施したことを特徴とする請求項１記載の車両用灯具。
3. 前記光学レンズの前記各遮光スリットの底部に平坦面をそれぞれ形成したことを特徴とする請求項２記載の車両用灯具。
   

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