JP5314639B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤを光源として用いたフォグランプ等の車両用灯具に関するものである。

近年、ＬＥＤ（light-emitting diode：発光ダイオード）を用いた照明器具が増加している。ＬＥＤを用いた照明器具において、平行光として照射するために焦点距離に合わせて球面レンズを配置すると、図９（ａ）に示すように、ＬＥＤの光が使えない部分が生じてしまい効率的でない。そこで、図９（ｂ）に示すように、凸形状が大きく分厚い焦点距離の短いレンズを用いることで、ＬＥＤの光を漏れなく使用することができ効率は上がるものの、大きいレンズは成型性が悪いという問題と、球面収差が生じて照射光の中に虹が生じてしまうという問題が生じてしまう。

この問題を解決する方法として、図９（ｃ）に示すように、複数枚の球面レンズを配置することでＬＥＤの光を漏れなく使用して平行光を得ることが可能となるが、複数枚のレンズの位置決めが煩雑であることと、レンズの枚数を要する分ランプ全体の形状が大きくなってしまうという問題点がある。

また、他の解決方法として、図９（ｄ）に示すように、非球面レンズとその外周に設けられたリフレクタとによってＬＥＤの光を漏れなく使用する方法がある。この方法は、レンズからはみ出た光を放物反射鏡または楕円反射鏡であるリフレクタによって反射させて、非球面レンズを通った平行光に重ねて照射するものである。このような非球面レンズとその外周に設けられたリフレクタとを組み合わせた場合、図９（ｅ）に示すように、非球面レンズによる光束が一様に広がっているのに対してリフレクタからの反射光は中央に集中して照射されてしまい、全体としてムラのある光となってしまうという問題があった。

照明器具その他の装置におけるリフレクタについての先行技術文献としては、例えば、特許文献１、２が挙げられる。特許文献１に記載の反射器は、液晶ディスプレイプロジェクタの光学的効率が低いことに鑑みてなされた発明であり、投影装置の液晶スクリーンの表面を完全にカバーする矩形照明を可能にした反射器が開示されている。また、特許文献２には、光源が点灯されない昼間時において、反射ユニット間の接続部が光を反射せずにレンズ面に縞模様を生じて美観を損なう問題点を解決したマルチリフレクタ型車両用灯具が開示されている。
特開平０９−００５８８１号公報 特開平１０−２２３００９号公報

前記特許文献１及び２において、反射光の照射角度等を自在に調整するためのマルチリフレクタが開示されているので、非球面レンズとリフレクタとを組み合わせた場合において、図９（ｅ）のように光にムラが生じる問題は解決することが可能であるが、非球面レンズとリフレクタとを併用する場合、リフレクタの中に非球面レンズを取り付けることになるため、設置方法に工夫が必要である点と、部品点数が増えて組み立てが煩雑であるという点が問題であった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、効率を上げるために非球面レンズとリフレクタとを組み合わせた車両用灯具であって、部品点数を減らして組み立て工程を簡素化しつつ均一な光の照射が可能な車両用灯具を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１は、筐体内部の中央に配置されたＬＥＤを光源とする車両用灯具であって、ＬＥＤからの光を上下方向への照射に関して略平行光とするための非球面レンズ部と、この非球面レンズ部の外周に連続して設けられ、ＬＥＤからの光の入射角が素材の臨界角以上の角度となって全反射が起こり、かつ、反射光が左右方向に分散して照射されるように反射面を形成したリフレクタ部と、前記非球面レンズ部の前方下部において両端から中央下部に向かってそれぞれ伸びたエッジ状のカットオフライン調整部とを一体成型によって成型してなるリフレクタ一体型レンズを用いてなり、前記リフレクタ部は、リフレクタ一体型レンズの背面視において左右方向に短冊状に分割された反射面を有し、各反射面からの反射光が左右方向に分散して照射されるようにしたマルチリフレクタとして形成したことを特徴とする車両用灯具である。

本発明の請求項２は、請求項１に加えて、前記リフレクタ一体型レンズは、前記カットオフライン調整部のさらに前方の両端に、それぞれエッジ状の上方散乱光調整部を設けて一体成型によって成型したことを特徴とする車両用灯具である。

本発明の請求項３は、請求項１又は２に加えて、前記リフレクタ部からの反射光による光束が前記非球面レンズ部からの透過光の光束よりも下方に照射されるように前記リフレクタ部の反射面を形成したことを特徴とする車両用灯具である。

請求項１記載の発明によれば、ＬＥＤからの光を上下方向への照射に関して略平行光とするための非球面レンズ部と、この非球面レンズ部の外周に連続して設けられ、ＬＥＤからの光の入射角が素材の臨界角以上の角度となって全反射が起こり、かつ、反射光が左右方向に分散して照射されるように反射面を形成したリフレクタ部と、前記非球面レンズ部の前方下部において両端から中央下部に向かってそれぞれ伸びたエッジ状のカットオフライン調整部とを一体成型によって成型してなるリフレクタ一体型レンズを用いてなり、前記リフレクタ部は、リフレクタ一体型レンズの背面視において左右方向に短冊状に分割された反射面を有し、各反射面からの反射光が左右方向に分散して照射されるようにしたマルチリフレクタとして形成したので、ＬＥＤからの光のうち中心に近い部分は非球面レンズ部による透過光として用い、ＬＥＤからの光のうち外周に近い部分はリフレクタ部によって分散して照射されるため、ＬＥＤの光を漏れなく利用でき光学的効率の高い車両用灯具が得られる。非球面レンズ部とリフレクタ部とを同一素材で一体成型によって成型し、光の全反射を用いてリフレクタの機能を果たさせているので、部品点数の少ないシンプルな構成でＬＥＤからの光を有効利用できる。また、非球面レンズ部の前方下部において両端から中央下部に向かってそれぞれ伸びたエッジ状のカットオフライン調整部を設けるようにしたので、非球面レンズ部からの透過光がビームの両端がはね上がってカットオフラインから飛び出した状態となるのを防いで、カットオフラインから飛び出す光の部分をカットオフラインの内側へと移動させることが可能となる。さらに、リフレクタ一体型レンズの背面視において左右方向に短冊状に分割された反射面を有し、各反射面からの反射光が左右方向に分散して照射されるようにしたマルチリフレクタとして形成したので、照射光にムラが生じることがなく、全体として均一な光を得ることができる。

請求項２記載の発明によれば、前記リフレクタ一体型レンズは、前記カットオフライン調整部のさらに前方の両端に、それぞれエッジ状の上方散乱光調整部を設けて一体成型によって成型したので、上方散乱光調整部が無ければカットオフラインよりも上方に照射されてしまう散乱光をカットオフラインよりも下方に移動させることができる。

請求項３記載の発明によれば、前記リフレクタ部からの反射光による光束が前記非球面レンズ部からの透過光の光束よりも下方に照射されるように前記リフレクタ部の反射面を形成したので、非球面レンズ部１７からの透過光の上側のカットオフラインがすっきりと明確になり、良好な光を得ることが可能となる。また、カットオフラインを明確なものとすることにより、例えばフォグランプ等の車両用灯具の規格に準拠した光を得ることが可能となる。

本発明によるフォグランプの外観を表したものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。 本発明によるフォグランプの内部構成を表したものであり、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。 リフレクタ一体型レンズ１６の正面図である。 リフレクタ一体型レンズ１６の側面図及びＤ−Ｄ線断面図である。 リフレクタ一体型レンズ１６の平面図及びＥ−Ｅ線断面図である。 リフレクタ一体型レンズ１６の斜視図である。 本発明によるリフレクタ一体型レンズ１６を使用した場合の光の分布を表した模式図である。 （ａ）は、カットオフライン調整部１９が無い場合の非球面レンズ部１７からの光束の分布を表した模式図であり、（ｂ）は、カットオフライン調整部１９を設けた場合の非球面レンズ部１７からの光束の分布を表した模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は、ＬＥＤを光源とした場合の従来のレンズの用い方を表した模式図であり、（ｅ）は、前記（ｄ）の場合における光の分布を表した模式図である。

本発明によるフォグランプは、筐体内部の中央に配置されたＬＥＤを光源とするフォグランプであって、ＬＥＤからの光を上下方向への照射に関して略平行光とするための非球面レンズ部と、この非球面レンズ部の外周に連続して設けられ、ＬＥＤからの光の入射角が素材の臨界角以上の角度となって全反射が起こり、かつ、反射光が左右方向に分散して照射されるように反射面を形成したリフレクタ部とを一体成型によって成型してなるリフレクタ一体型レンズを用いたことを特徴とするものである。以下、詳細に説明を行う。

本発明によるフォグランプ１０について図面を用いて説明を行う。図１に示すのは、本発明によるフォグランプの外観を表したものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。この図１において、１１は、透明な上蓋であり、１２は、ＬＥＤやレンズ等を収納する筐体であり、１３は、筐体１２に連続して背面に設けられた放熱板である。

図２に示すのは、本発明によるフォグランプ１０の内部構成を表したものであり、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。この図２において、筐体１２の内部の中央に配置されているのがＬＥＤ１４であり、周辺に配置された電子部品１５によって点灯を制御している。このＬＥＤ１４の照射範囲を全て覆うようにしてレンズとリフレクタとを一体に成型したリフレクタ一体型レンズ１６が配置されている。本発明はこのリフレクタ一体型レンズ１６に特徴を有するものであり、以下、詳細に説明を行う。なお、ＬＥＤ１４の光源の配列としては、例えば、４つのＬＥＤが横並びに配列されているものとする。

図３に示すのは、リフレクタ一体型レンズ１６の正面図であり、図４に示すのは、リフレクタ一体型レンズ１６の側面図及びＤ−Ｄ線断面図であり、図５に示すのは、リフレクタ一体型レンズ１６の平面図及びＥ−Ｅ線断面図であり、図６に示すのは、リフレクタ一体型レンズ１６の斜視図である。この図３乃至図６に示すように、本発明によるリフレクタ一体型レンズ１６は、およそ円錐台のような外形を有しており、中央部分が非球面レンズ部１７として形成されており、その外周部分がリフレクタ部１８として形成され、これらが一体成型されてなることを特徴とするものである。材質としては、光の透過性が高く成型し易い素材、例えばアクリルなどを用いて一体成型する。

中央の非球面レンズ部１７は、図４のＤ−Ｄ線断面図と図５のＥ−Ｅ線断面図を比較すると分かるように、ＬＥＤ１４からの光について上下方向への照射に関しては、略平行光とするためにＤ−Ｄ線断面図において凸レンズ形状が強くなっているが、ＬＥＤ１４からの光について左右方向への照射に関しては、平行光ではなく約６０度の角度で照射するように、Ｅ−Ｅ線断面図において凸レンズ形状が弱くなっている。このような形状により、図７に示すような帯状の光を非球面レンズ部１７によって形成している。

外周部分のリフレクタ部１８は、ＬＥＤ１４からの光の入射角がリフレクタ一体型レンズ１６を形成する素材の臨界角以上の角度、例えばアクリル素材の場合には４２．１６度以上の入射角となるように、ＬＥＤ１４からの距離とリフレクタ部１８の境界面の角度を調整して全反射が起こる条件を整えることで、透明素材を用いながらリフレクタとしての機能を発揮させるものである。

また、このリフレクタ部１８は、図２（ｃ）の背面図、図５の平面図及び図６の斜視図からも分かるように、マルチリフレクタ（マルチサーフェイスリフレクタ）として形成していることを特徴とする。図２（ｃ）の背面図のように、短冊状に分割して各部の反射角度を調整することによって、反射光が横方向（左右方向）に分散して照射されるように設計してなるものである。具体的には、図５の平面図において、１８ａから１８ｄに向かうにつれて徐々に照射角度が広くなるように各反射面を形成している。

また、リフレクタ部１８からの反射光が非球面レンズ部１７からの透過光よりも下方を照射するように、マルチリフレクタとしての各反射面１８ａ〜１８ｄの反射角度を設定しており、図２（ａ）又は図４に示すように、中心より上側のリフレクタ部１８の境界面と中心より下側のリフレクタ部１８の境界面とで角度を異ならせて形成している。このような構成とすることで、非球面レンズ部１７からの透過光の上側ライン（以下、カットオフライン）がすっきりと明確になる。

ここで、非球面レンズ部１７からの透過光は、正確には、図８（ａ）に示すように、ビームの両端がはね上がってカットオフラインから飛び出した状態となっている。これを改善するために、図３の正面図及び図６の斜視図に示すように、リフレクタ一体型レンズ１６の非球面レンズ部１７の前方に両端から中央下部に向かってそれぞれ伸びたエッジ状のカットオフライン調整部１９を設けている。このカットオフライン調整部１９を設けることによって、図８（ｂ）に示すように、カットオフラインから飛び出す光の部分をカットオフラインの内側へと移動させることができる。

また、図３の正面図及び図６の斜視図に示すように、リフレクタ一体型レンズ１６のカットオフライン調整部１９よりもさらに前方の両端には、それぞれエッジ状の上方散乱光調整部２０が設けられている。リフレクタ一体型レンズ１６のリフレクタ部１８からの反射光は、略カットオフラインよりも下方に照射されるように設定されているが、わずかな散乱光がカットオフラインよりも上方に照射されてしまう。そこで、この上方散乱光調整部２０を設けることによって、上方散乱光調整部２０が無ければカットオフラインよりも上方に照射されてしまう散乱光をカットオフラインよりも下方に移動させることができる。

以上のようにしてリフレクタ一体型レンズ１６を構成することで、図７に示すように、非球面レンズ部１７からの透過光が左右方向に広がった帯状の光束を形成し、リフレクタ部１８からの反射光が非球面レンズ部１７からの透過光よりもやや下方に左右方向に分散して照射された光束を形成するので、全体として均一な光を得ることができる。この図７においてリフレクタ部１８からの各反射光を細長い長方形で表しているのは、４つのＬＥＤが横並びに配列していることによって反射光が長方形に見えるからである。また、リフレクタ部１８はＬＥＤ１４に対して３６０度に配置されているため、各反射光を取り出して見ることが出来るとすると、長方形が様々な角度に回転しかつ伸縮したものとなるが、図７においては分かり易さのために一定の角度で傾斜した長方形を各反射光として模式的に表している。

また、他の効果として、リフレクタ部１８からの反射光が非球面レンズ部１７からの透過光よりもやや下方に左右方向に分散して照射されるように構成することによって、カットオフラインがすっきりと明確になる。これにより、フォグランプの規格に準拠した光を得ることが可能となる。

前記実施例では、マルチリフレクタを構成する各反射面を図２（ｃ）に示すように８分割のものとして説明したが、これは説明の容易から少ない分割数としたものであって、実際にはさらに細かく分割してそれぞれの反射角度を調整するようにしてもよい。さらには、これをさらに微細に突き詰めてき分割境界の見えないフリーフォームリフレクタとして形成することも可能である。

前記実施例では、図８（ａ）に示すように、ビームの両端がはね上がってカットオフラインから飛び出した状態となる場合について、カットオフライン調整部１９によってカットオフラインから飛び出す光の部分をカットオフラインの内側へと移動させるものとして説明した。しかし、非球面レンズ部１７の設計如何によっては、ビームの両端にはね上がりの無いカットオフラインが明確な透過光を直接得ることも可能であり、このような場合にまでカットオフライン調整部１９を設ける必要はない。
また、上方散乱光調整部２０についても、リフレクタ部１８であるマルチリフレクタ（又はフリーフォームリフレクタ）の設計如何によっては上方散乱光が生じない場合も考えられるので、そのような場合にまで上方散乱光調整部２０を設ける必要はない。

前記実施例においては、フォグランプの発明として説明を行ったが、これに限定されるものではなく、本発明によるリフレクタ一体型レンズ１６を採用したものであれば、他の車両用灯具であってもよい。

１０…フォグランプ、１１…上蓋、１２…筐体、１３…放熱板、１４…ＬＥＤ、１５…電子部品、１６…リフレクタ一体型レンズ、１７…非球面レンズ部、１８…リフレクタ部、１８ａ〜１８ｄ…リフレクタ部の各反射面、１９…カットオフライン調整部、２０…上方散乱光調整部。

Claims (3)

1. 筐体内部の中央に配置されたＬＥＤを光源とする車両用灯具であって、ＬＥＤからの光を上下方向への照射に関して略平行光とするための非球面レンズ部と、この非球面レンズ部の外周に連続して設けられ、ＬＥＤからの光の入射角が素材の臨界角以上の角度となって全反射が起こり、かつ、反射光が左右方向に分散して照射されるように反射面を形成したリフレクタ部と、前記非球面レンズ部の前方下部において両端から中央下部に向かってそれぞれ伸びたエッジ状のカットオフライン調整部とを一体成型によって成型してなるリフレクタ一体型レンズを用いてなり、前記リフレクタ部は、リフレクタ一体型レンズの背面視において左右方向に短冊状に分割された反射面を有し、各反射面からの反射光が左右方向に分散して照射されるようにしたマルチリフレクタとして形成したことを特徴とする車両用灯具。
2. 前記リフレクタ一体型レンズは、前記カットオフライン調整部のさらに前方の両端に、それぞれエッジ状の上方散乱光調整部を設けて一体成型によって成型したことを特徴とする請求項１記載の車両用灯具。
3. 前記リフレクタ部からの反射光による光束が前記非球面レンズ部からの透過光の光束よりも下方に照射されるように前記リフレクタ部の反射面を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の車両用灯具。

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