(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6793494
(24)【登録日】2020年11月12日
(45)【発行日】2020年12月2日
(54)【発明の名称】車両用灯具
(51)【国際特許分類】
F21S 43/241 20180101AFI20201119BHJP
F21S 43/249 20180101ALI20201119BHJP
F21V 8/00 20060101ALI20201119BHJP
H01L 33/58 20100101ALI20201119BHJP
F21W 103/00 20180101ALN20201119BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20201119BHJP
【FI】
F21S43/241
F21S43/249
F21V8/00 310
H01L33/58
F21W103:00
F21Y115:10
【請求項の数】3
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2016-155132(P2016-155132)
(22)【出願日】2016年8月8日
(65)【公開番号】特開2018-26192(P2018-26192A)
(43)【公開日】2018年2月15日
【審査請求日】2019年7月4日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002303
【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 浩二
【審査官】
野木 新治
(56)【参考文献】
【文献】
特開2016−046089(JP,A)
【文献】
特開2004−103503(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F21S 43/20、43/14−43/15
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
同一の平面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凸曲面状の連続した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、
前記平面基板および前記光学レンズの出射面は、車両の横方向において長く形成されるとともに、長手方向において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、
前記各LEDは、前記各LEDの光軸が前記平面基板と直交するとともに、前記各LEDの光軸方向に出射する光が、当該複数のLEDの各々に対応する前記光学レンズの各入射面から前記光学レンズ内に入射するように、前記平面基板の一方の表面上に当該平面基板の長手方向に沿って配置されており、
前記光学レンズは、光透過性の透明樹脂によって平板状に一体に形成されており、前記各LEDに対向する部位に前記各LEDに向かって凸の凸曲面状の前記入射面がそれぞれ形成されており、
前記光学レンズの隣接する前記入射面の間には、前記凸曲面状の入射面に連続して溝状のスリットがそれぞれ形成され、
前記スリットの相対向する内面が、車両の斜め前方に向かって広がるテーパ面とされるとともに微小の凹凸面からなる光拡散表面とされ、
前記光学レンズの複数の前記入射面を通る各レンズ光軸は、当該光学レンズ内での光の出力角の範囲内であって、対応する前記LEDの光軸よりも車両内側を向いており、
前記光学レンズの各入射面は、当該各入射面に対応する前記各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車両前後方向に屈折させる鋸刃状の複数のカットが連続的に形成されている
したことを特徴とする車両用灯具。
【請求項2】
前記複数のLEDが、赤色LEDであって、テールランプとして使用されることを特徴とする請求項1記載の車両用灯具。
【請求項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1または請求項2記載の車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開2014−075331号公報
【特許文献2】特開2016−004667号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【課題を解決するための手段】
【0022】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、
同一の平面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
凸曲面状の連続した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、
前記平面基板および前記光学レンズの出射面は、車両の横方向において長く形成されるとともに、長手方向において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、前記各LEDは、前記各LEDの光軸が前記平面基板と直交するとともに、前記各LEDの光軸方向に出射する光が、当該複数のLEDの各々に対応する前記光学レンズの各入射面から前記光学レンズ内に入射するように、前記平面基板の一方の表面上に当該平面基板の長手方向に沿って配置されており、前記光学レンズは、光透過性の透明樹脂によって平板状に一体に形成されており、前記各LEDに対向する部位に前記各LEDに向かって凸の凸曲面状の前記入射面がそれぞれ形成されており、前記光学レンズの隣接する前記入射面の間には、前記凸曲面状の入射面に連続して溝状のスリットがそれぞれ形成され、前記スリットの相対向する内面が、車両の斜め前方に向かって広がるテーパ面とされるとともに微小の凹凸面からなる光拡散表面とされ、前記光学レンズの複数の前記入射面を通る各レンズ光軸は、当該光学レンズ内での光の出力角の範囲内であって、対応する前記LEDの光軸よりも車両内側を向いており、前記光学レンズの各入射面は、
当該各入射面に対応する前記各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
車両前後方向に屈折させる鋸刃状の複数のカット
が連続的に形成されていることを特徴とする。
【0023】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、
前記複数のLEDが、赤色LEDであって、テールランプとして使用されることを特徴とする。
【0024】
請求項3記載の発明は、
請求項1または請求項2に記載の発明において、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。
【発明の効果】
【0025】
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。
【0026】
請求項2記載の発明によれば、
車両後方を配光狙い方向として、光学レンズの出射面に設けられた複数のプリズムカットによって、光学レンズ内を拡散しながら当該出射面に向かう光を配光狙い方向(車両後方)へと屈折させて、テールランプとしての配光規格に適した車両用灯具を得ることができる。
【0027】
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。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【
図1】本発明に係る車両用灯具要部の平断面図である。
【
図4】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。
【
図5】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。
【
図6】基板を平面化した車両用灯具要部の平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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
各入射面5で全反射することがなく
入射し、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。
【0039】
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。
【0040】
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
各入射面5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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【符号の説明】
【0043】
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