特開 2024-39527 灯具ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024039527

(43)【公開日】2024-03-22

(54)【発明の名称】灯具ユニット

(51)【国際特許分類】

   F21S 41/275 20180101AFI20240314BHJP

   F21S 41/25 20180101ALI20240314BHJP

   F21S 41/143 20180101ALI20240314BHJP

   F21S 41/151 20180101ALI20240314BHJP

   F21W 102/13 20180101ALN20240314BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20240314BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20240314BHJP

【ＦＩ】

F21S41/275

F21S41/25

F21S41/143

F21S41/151

F21W102:13

F21Y115:10

F21Y115:30

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022144144

(22)【出願日】2022-09-09

(71)【出願人】

【識別番号】000001133

【氏名又は名称】株式会社小糸製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100122183

【弁理士】

【氏名又は名称】小澤 一郎

(72)【発明者】

【氏名】伊東 樹生

(57)【要約】

【課題】軽量化が図られた新たな灯具を提供する。
【解決手段】灯具ユニットは、発光面４０ｂが車両用灯具の正面を向く発光素子と、発光面４０ｂと対向する入射面３８ａを有するフレネルレンズ３８と、を備える。フレネルレンズ３８は、発光面４０ｂの正面に位置する集光用の集光レンズ部３８ｂと、集光レンズ部３８ｂの下方に設けられ、発光面４０ｂから下方斜めに出射した光Ｌ１，Ｌ２が入射する拡散用の拡散レンズ部３８ｃ，３８ｄと、を有する。拡散レンズ部３８ｃ，３８ｄは、集光レンズ部３８ｂの集光出射面３９ｂと非連続な拡散出射面３９ｃ，３９ｄで屈折した光が車両用灯具の正面に向けて出射するように構成されている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光面が車両用灯具の正面を向く発光素子と、
前記発光面と対向する入射面を有するフレネルレンズと、を備え、
前記フレネルレンズは、
前記発光面の正面に位置する集光用の集光レンズ部と、
前記集光レンズ部の下方に設けられ、前記発光面から下方斜めに出射した光が入射する拡散用の拡散レンズ部と、を有し、
前記拡散レンズ部は、前記集光レンズ部の集光出射面と非連続な拡散出射面で屈折した光が車両用灯具の正面に向けて出射するように構成されていることを特徴とする灯具ユニット。

【請求項2】

前記フレネルレンズから出射した光を車両用灯具の正面に配光パターンとして投影する投影レンズを更に備え、
前記拡散レンズ部は、出射した光が前記配光パターンの上部範囲を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の灯具ユニット。

【請求項3】

前記投影レンズは、前記フレネルレンズから出射した光が他の部材で反射せずに入射することを特徴とする請求項２に記載の灯具ユニット。

【請求項4】

前記拡散レンズ部は、
前記集光レンズ部より下方であって該集光レンズ部の先端よりも出射面が前方に位置する第１の拡散レンズ部と、
前記第１の拡散レンズ部より下方であって該第１の拡散レンズ部よりも出射面が前方に位置する第２の拡散レンズ部と、
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の灯具ユニット。

【請求項5】

前記第２の拡散レンズ部は、ハイビーム用配光パターンの水平線より６～８°上方の領域を照射する光を出射するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の灯具ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、灯具ユニットに関し、例えば、車両用灯具に用いられる灯具ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ハイビーム用配光パターンを構成する個別照射領域をそれぞれ有する、個別点灯可能に構成された複数の発光素子が基板上に一列に搭載されてなる発光素子アレイと、発光素子アレイの前方に配置される投影レンズと、発光素子アレイの下方に配置されるリフレクタと、を備える灯具ユニットが考案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第１６／０１３４４７号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述のような灯具ユニットに用いられているリフレクタは、耐熱性の観点から金属製であることが多く、重量が重くなりがちである。また、発光素子から下方に向かう光をより多く反射するためには、リフレクタの奥行きを延ばす必要があり、灯具ユニットの車両前後方向の厚みが大きくなってしまう。

【0005】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、所望の配光を実現しつつ軽量化が図られた新たな灯具ユニットを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の灯具ユニットは、発光面が車両用灯具の正面を向く発光素子と、発光面と対向する入射面を有するフレネルレンズと、を備える。フレネルレンズは、発光面の正面に位置する集光用の集光レンズ部と、集光レンズ部の下方に設けられ、発光面から下方斜めに出射した光が入射する拡散用の拡散レンズ部と、を有する。拡散レンズ部は、集光レンズ部の集光出射面と非連続な拡散出射面で屈折した光が車両用灯具の正面に向けて出射するように構成されている。

【0007】

この態様によると、発光素子の発光面から下方斜めに出射した光を拡散レンズ部での屈折により車両用灯具の正面に向けさせることができる。そのため、発光素子の発光面から下方斜めに出射した光をリフレクタで反射させて車両用灯具の正面に向けさせる場合と比較して、配光制御に必要な光学部材（フレネルレンズ）の車両前後方向の厚みを小さくできる。また、フレネルレンズはシリコーン製の樹脂レンズで構成することが可能であり、金属製のリフレクタを用いた場合と比較して、灯具ユニットの軽量化を図ることができる。

【0008】

フレネルレンズから出射した光を車両用灯具の正面に配光パターンとして投影する投影レンズを更に備えてもよい。拡散レンズ部は、出射した光が配光パターンの上部範囲を照射するように構成されていてもよい。これにより、ハイビーム用配光パターンといった水平線よりも上方を照射する配光パターンの照射領域を更に広げることができる。

【0009】

投影レンズは、フレネルレンズから出射した光が他の部材で反射せずに入射してもよい。これにより、フレネルレンズから出射した光が途中で反射せずに短い光路で投影レンズに到達するため、発光素子の光の利用効率を向上できる。

【0010】

拡散レンズ部は、集光レンズ部より下方であって該集光レンズ部の先端よりも出射面が前方に位置する第１の拡散レンズ部と、第１の拡散レンズ部より下方であって該第１の拡散レンズ部よりも出射面が前方に位置する第２の拡散レンズ部と、を有してもよい。これにより、フレネルレンズ全体の厚みを抑えつつ、発光素子の発光面から下方斜めに出射した光を配光パターンの照射領域の上方への拡散に利用できる。

【0011】

第２の拡散レンズ部は、ハイビーム用配光パターンの水平線より６～８°上方の領域を照射する光を出射するように構成されていてもよい。

【0012】

以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を製造方法、灯具や照明などの装置、発光モジュール、光源などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、軽量化が図られた新たな灯具ユニットを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施の形態に係る車両用前照灯の概略正面図である。

【図2】図１の車両用前照灯を、図１中のＡ－Ａ線を通る水平面で切断したときの概略断面図である。

【図3】図３（ａ）は、ハイビーム用灯具ユニットを、図２中のＢ－Ｂ線を通る垂直面で切断したときの断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）中のＣ部の拡大図である。

【図4】図４（ａ）は、本実施の形態に係るフレネルレンズの正面図、図４（ｂ）は、本実施の形態に係るフレネルレンズの斜視図である。

【図5】本実施の形態に係るハイビーム用灯具ユニットの主な構成を示す断面図である。

【図6】ハイビーム用灯具ユニットにより形成されるハイビーム用配光パターンの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0016】

図１は、本実施の形態に係る車両用前照灯１０の概略正面図である。図２は、図１の車両用前照灯１０を、図１中のＡ－Ａ線を通る水平面で切断したときの概略断面図である。車両用前照灯１０は、車体の前部の左右両側にそれぞれ左側灯具と右側灯具とを備えているが、図１には右側灯具のみを表している。左側灯具は、左右対称である以外は右側灯具と同様の構成を有するので、図示を省略する。

【0017】

車両用前照灯１０は、車両前方方向に開口部を有するランプボディ１８（図２参照）と、このランプボディの開口部を覆う透明または半透明のアウターカバー１６とで形成される灯室１１とを有している。灯室１１内には、ロービーム用灯具ユニット１２とハイビーム用灯具ユニット１４とが一台ずつ配置される。

【0018】

ロービーム用灯具ユニット１２及びハイビーム用灯具ユニット１４は、共通の支持板２０上に固定されている。支持板２０は、複数本（例えば３本）のエイミングスクリュー４８によって、ランプボディ１８に対して固定されている。エイミングスクリュー４８を回転することによって、ロービーム用灯具ユニット１２とハイビーム用灯具ユニット１４の光軸Ｏを所定の角度範囲内で傾斜させる光軸調整が可能になる。

【0019】

ロービーム用灯具ユニット１２はいわゆるＰＥＳ型の灯具ユニットであり、投影レンズ２２と、投影レンズ２２を支持するレンズホルダー２４と、例えばＬＥＤ（Light Emitting diode）である複数の半導体発光素子からなる発光素子アレイ２８と、発光素子アレイ２８からの光を投影レンズ２２に向けて反射するリフレクタ２６と、を支持板２０の正面側に備えている。ロービーム用灯具ユニット１２は、支持板２０の背面側に取り付けられた放熱フィン付きのヒートシンク３０と、冷却ファン３２とを更に備える。

【0020】

図３（ａ）は、ハイビーム用灯具ユニット１４を、図２中のＢ－Ｂ線を通る垂直面で切断したときの断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）中のＣ部の拡大図である。以下、図２及び図３を参照して、ハイビーム用灯具ユニット１４について説明する。

【0021】

ハイビーム用灯具ユニット１４は、車両の走行状況や周囲の状況に応じて配光パターンを変更可能な灯具ユニットである。ハイビーム用灯具ユニット１４は、投影レンズ３４、レンズホルダー３６、フレネルレンズ３８、および発光素子アレイ４０を備えている。

【0022】

投影レンズ３４は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなり、その後側焦点面上に形成される光源像を反転像として灯具前方の仮想鉛直スクリーン上に投影する。投影レンズ３４は、筒状に形成されたレンズホルダー３６の一方の開口部に取り付けられる。

【0023】

発光素子アレイ４０は、基板４１の上に搭載された１つ以上（本実施の形態では１２個）の半導体発光素子４０ａで構成される。各半導体発光素子４０ａは、互いに同一の形状を有し、発光面が車両用前照灯１０の正面を向くように、基板４１の表面に直線状に配置されている。各発光素子は個別に点消灯可能であり、ハイビーム用配光パターンを水平方向に分割した個別照射領域をそれぞれ照射可能に構成されている。各発光素子の個別照射領域は、隣接する発光素子の個別照射領域と少なくとも一部が重なり合うようにすることが好ましい。

【0024】

半導体発光素子４０ａはそれぞれ、発光チップ（図示せず）と薄膜を有する。発光チップは、例えば１ｍｍ角程度の正方形の発光面を有する白色発光ダイオードによって構成される。なお、発光チップはこれに限られず、例えばレーザダイオードなど略点状に面発光する他の素子状の光源であってもよい。投影レンズ３４の後方焦点Ｆは、半導体発光素子４０ａの表面に位置していてもよいし、後述するようにそれよりも前方に位置していてもよい。

【0025】

発光素子アレイ４０の正面には、フレネルレンズ３８が配置される。図３（ｂ）に示すように、フレネルレンズ３８は、半導体発光素子４０ａの発光面４０ｂと対向する入射面３８ａを有している。

【0026】

図３（ｂ）に示すように、発光素子アレイ４０の前方には、発光素子アレイ４０から発せられる光の一部を遮光する遮光板４２が設けられる。

【0027】

ランプボディ１８の底面上には、発光素子アレイ４０の点消灯を制御するための制御ユニット４９が配置される。制御ユニット４９は、図示しないカメラにより前走車や歩行者の位置を検出し、その位置に対応する個別照射領域を照射しないように発光素子アレイ４０を制御することで、前走車のドライバーや歩行者にグレアを与えないようにするＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）を実現する。

【0028】

ハイビーム用灯具ユニット１４は、支持板２０の背面側に取り付けられた放熱フィン付きのヒートシンク４４と、冷却ファン４６とを更に備える。

【0029】

灯室１１内には、ロービーム用灯具ユニット１２、ハイビーム用灯具ユニット１４およびランプボディ１８の間にできる隙間を覆うように、樹脂製のエクステンション５０，５２，５４が配置され、車両用前照灯１０を正面から観察したときに内部の構造を隠している。

【0030】

図４（ａ）は、本実施の形態に係るフレネルレンズの正面図、図４（ｂ）は、本実施の形態に係るフレネルレンズの斜視図である。図５は、本実施の形態に係るハイビーム用灯具ユニット１４の主な構成を示す断面図である。

【0031】

図５に示すように、ハイビーム用灯具ユニット１４は、発光面４０ｂが車両用前照灯１０の正面を向く半導体発光素子４０ａと、発光面４０ｂと対向する入射面３８ａを有するフレネルレンズ３８と、フレネルレンズ３８から出射した光を車両用灯具の正面に配光パターンとして投影する投影レンズ３４とを備えている。

【0032】

フレネルレンズ３８は、発光面４０ｂの正面に位置する集光用の集光レンズ部３８ｂと、集光レンズ部３８ｂの下方に設けられ、発光面４０ｂから下方斜めに出射した光Ｌ１が入射する拡散用の拡散レンズ部３８ｃ及び発光面４０ｂから光Ｌ１よりも更に下方斜めに出射した光Ｌ２が入射する拡散用の拡散レンズ部３８ｄと、を有する。拡散レンズ部３８ｃ，３８ｄは、集光レンズ部３８ｂの集光出射面３９ｂと非連続な拡散出射面３９ｃ，３９ｄで屈折した光がハイビーム用灯具ユニット１４の正面に向けて出射するように構成されている。

【0033】

フレネルレンズ３８は、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、１２個の半導体発光素子４０ａのそれぞれに対応するように、１２個の集光レンズ部３８ｂ及び１２対の拡散レンズ部３８ｃ，３８ｄから構成される。

【0034】

これにより、ハイビーム用灯具ユニット１４は、半導体発光素子４０ａの発光面４０ｂから下方斜めに出射した光Ｌ１，Ｌ２を拡散レンズ部３８ｃ，３８ｄでの屈折により車両用前照灯１０の正面に向けさせることができる。そのため、半導体発光素子４０ａの発光面４０ｂから下方斜めに出射した光Ｌ１，Ｌ２をリフレクタで反射させて車両用灯具の正面に向けさせる場合と比較して、配光制御に必要なフレネルレンズ３８の車両前後方向（Ｘ方向）の厚みを小さくできる。また、フレネルレンズ３８はシリコーン製の樹脂レンズで構成することが可能であり、金属製のリフレクタを用いた場合と比較して、ハイビーム用灯具ユニット１４の軽量化を図ることができる。

【0035】

図６は、ハイビーム用灯具ユニット１４により形成されるハイビーム用配光パターンの一例を示す図である。拡散レンズ部３８ｃ，３８ｄは、出射した光がハイビーム用配光パターンＰＨの上部範囲Ｒ１を照射するように構成されている。これにより、ハイビーム用配光パターンといった水平線よりも上方を照射する配光パターンの照射領域を更に広げることができる。

【0036】

加えて、発光面４０ｂから上方斜めに出射した光Ｌ３は、集光レンズ部３８ｂで屈折し、更に投影レンズ３４で屈折されることで、ハイビーム用配光パターンＰＨの下部範囲Ｒ２を照射するように構成されている。これにより、ハイビーム用配光パターンといった主に水平線よりも上方を照射する配光パターンにおいて、水平線よりも下方の領域である路面照射を実現できる。

【0037】

本実施の形態に係る投影レンズ３４は、フレネルレンズ３８から出射した光が他の部材で反射せずに入射する位置、換言するとフレネルレンズ３８から出射した光が直接入射する位置に配置されている。これにより、フレネルレンズ３８から出射した光が途中で反射せずに、また他の部材を透過せずに、短い光路で投影レンズ３４に到達するため、半導体発光素子４０ａの光の利用効率を向上できる。

【0038】

本実施の形態に係る拡散レンズ部は、集光レンズ部３８ｂより下方であって集光レンズ部３８ｂの先端よりも拡散出射面３９ｃが前方に位置する拡散レンズ部３８ｃと、拡散レンズ部３８ｃより下方であって拡散レンズ部３８ｃよりも拡散出射面３９ｄが前方に位置する拡散レンズ部３８ｄとを有している。これにより、フレネルレンズ３８全体の厚みを抑えつつ、半導体発光素子４０ａの発光面４０ｂから下方斜めに出射した光をハイビーム用配光パターンＰＨの照射領域の上方への拡散に利用できる。

【0039】

特に、拡散レンズ部３８ｄは、ハイビーム用配光パターンＰＨの水平線より６～８°上方の領域を照射する光を出射するように構成されている。あるいは、拡散レンズ部３８ｄは、ハイビーム用配光パターンＰＨの水平線より６°以上、好ましくは８°以上上方の領域を照射する光を出射するように構成されていてもよい。また、拡散レンズ部３８ｄは、拡散レンズ部３８ｃよりも拡散出射面３９ｄが前方に位置するため、ハイビーム用配光パターンＰＨの上部範囲Ｒ１の光度をより高めることができるとともに、半導体発光素子４０ａから出射する光の利用率を向上できる。

【0040】

また、本実施の形態に係るハイビーム用配光パターンＰＨは、発光素子アレイ４０から出射した光のうちフレネルレンズ３８を透過した透過光（屈折光）が投影レンズ３４により車両前方に投影されたものである。そのため、リフレクタを用いた場合のように直接光と反射光とが混在した配光パターンよりも、配光パターン内の明暗のムラを少なくできる。

【0041】

本実施の形態に係る半導体発光素子４０ａの発光面４０ｂは、一辺が０．８～２．０ｍｍ程度の矩形であってもよい。また、半導体発光素子４０ａの発光面４０ｂとフレネルレンズ３８の入射面３８ａとの距離は、０．５～１．５ｍｍ程度と非常に近い。そのため、フレネルレンズ３８の材質は、耐熱性や成形性を考慮した材質が好ましく、例えば、シリコーンやガラスで構成されていてもよい。また、フレネルレンズ３８は、Ｚ方向の厚みが５～１０ｍｍ程度であり、集光レンズ部３８ｂは、Ｚ方向の厚みが２～５ｍｍ程度である。また、投影レンズ３４は、Ｚ方向の厚みが２０～３０ｍｍ程度である。また、半導体発光素子４０ａの発光面４０ｂと投影レンズ３４の入射面３４ａとの距離は、２０～４０ｍｍ程度である。

【0042】

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

【符号の説明】

【0043】

１０ 車両用前照灯、 １４ ハイビーム用灯具ユニット、 ３４ 投影レンズ、 ３４ａ 入射面、 ３８ フレネルレンズ、 ３８ａ 入射面、 ３８ｂ 集光レンズ部、 ３８ｃ 拡散レンズ部、 ３８ｄ 拡散レンズ部、 ３９ｂ 集光出射面、 ３９ｃ 拡散出射面、 ３９ｄ 拡散出射面、 ４０ 発光素子アレイ、 ４０ａ 半導体発光素子、 ４０ｂ 発光面、 Ｒ１ 上部範囲、 Ｒ２ 下部範囲、 ＰＨ ハイビーム用配光パターン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】