(57)【要約】【課題】非光学面での内面反射に起因して投影レンズ表面から制御できない光が出射されるのを抑制することができる車両用灯具等を提供する。【解決手段】投影レンズ２０と、前記投影レンズ２０の後方に配置された光源３０と、を備えた車両用灯具１０において、前記投影レンズ２０は、前記光源３０からの光が入射する裏面２１と、前記光源３０からの光が出射する、正面視でＮ（Ｎは、３以上の整数）角形の表面２２と、前記裏面２１と前記表面２２との間に前記Ｎ角形の各辺に対応して設けられたＮ個の勾配面２３と、を含み、前記Ｎ個の勾配面２３の勾配は、それぞれ、前記裏面２１から前記投影レンズ２０に入射し、当該勾配面２３で内面反射される前記光源３０からの光が前記表面２２から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されていることを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影レンズと、前記投影レンズの後方に配置された光源と、を備えた車両用灯具において、
前記投影レンズは、前記光源からの光が入射する裏面と、前記光源からの光が出射する、正面視でＮ（Ｎは、３以上の整数）角形の表面と、前記裏面と前記表面との間に前記Ｎ角形の各辺に対応して設けられたＮ個の勾配面と、を含み、
前記Ｎ個の勾配面の勾配は、それぞれ、前記裏面から前記投影レンズに入射し、当該勾配面で内面反射される前記光源からの光が前記表面から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されている車両用灯具。
【請求項２】
前記投影レンズは、さらに、前記Ｎ個の勾配面と前記表面との間に前記Ｎ角形の各辺に対応して設けられたＮ個の付加勾配面を含む請求項１に記載の車両用灯具。
【請求項３】
前記Ｎ個の付加勾配面の勾配は、前記Ｎ個の勾配面の勾配より小さく設定されている請求項１又は２に記載の車両用灯具。
【請求項４】
前記Ｎは４であり、
前記表面は、正面視で四角形であり、
前記４個の勾配面のうち、下側勾配面の勾配は２０度以上、上側勾配面の勾配は２５度以上、正面視で左側勾配面の勾配は１５度以上、正面視で右側勾配面の勾配は１５度以上である請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用灯具。
【請求項５】
光源の前方に配置される投影レンズにおいて、
前記光源からの光が入射する裏面と、
前記光源からの光が出射する、正面視でＮ（Ｎは、３以上の整数）角形の表面と、
前記裏面と前記表面との間に前記Ｎ角形の各辺に対応して設けられたＮ個の勾配面と、を含み、
前記Ｎ個の勾配面の勾配は、それぞれ、前記裏面から前記投影レンズに入射し、当該勾配面で内面反射される前記光源からの光が前記表面から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されている投影レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用灯具及び投影レンズに関し、特に、非光学面での内面反射に起因して投影レンズ表面から制御できない光が出射されるのを抑制することができる車両用灯具及び投影レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用灯具の分野においては、正面視で外形が円形の投影レンズを用いた車両用灯具が知られている（例えば、特許文献１（図１等）参照）。
【０００３】
これに対して、本発明者は、上下左右がカットされた正面視で外形が矩形の投影レンズを用いた車両用灯具を検討した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９８２２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上下左右がカットされた正面視で外形が矩形の投影レンズを用いた車両用灯具においては、次の課題がある。
【０００６】
すなわち、上下左右がカットされた正面視で外形が矩形の投影レンズにおいては、その投影レンズの形状を成立させるために、当該投影レンズの裏面（光学面）と表面（光学面）との間に矩形の各辺に対応して非光学面（光学的機能を持たないつなぎの面）を設けなければならず、その結果、裏面から投影レンズ内部に入射した光源からの光が、投影レンズ内部（非光学面等）で内面反射（全反射）を繰り返し、表面から制御できない光となって出射してしまう、という課題がある。投影レンズ表面から出射する制御できない光は、路面ムラ等の原因となったり、漏れ光となり、車両用灯具内の他の構成部品に当たり見栄えを損ねたりする要因となるため、その抑制が求められる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、非光学面での内面反射に起因して投影レンズ表面から制御できない光が出射されるのを抑制することができる車両用灯具及び投影レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一つの側面は、投影レンズと、前記投影レンズの後方に配置された光源と、を備えた車両用灯具において、前記投影レンズは、前記光源からの光が入射する裏面と、前記光源からの光が出射する、正面視でＮ（Ｎは、３以上の整数）角形の表面と、前記裏面と前記表面との間に前記Ｎ角形の各辺に対応して設けられたＮ個の勾配面と、を含み、前記Ｎ個の勾配面の勾配は、それぞれ、前記裏面から前記投影レンズに入射し、当該勾配面で内面反射される前記光源からの光が前記表面から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されていることを特徴とする。
【０００９】
この側面によれば、非光学面での内面反射に起因して投影レンズ表面から制御できない光が出射されるのを抑制することができる車両用灯具を提供することができる。
【００１０】
これは、Ｎ個の勾配面（非光学面）の勾配が、それぞれ、裏面から投影レンズに入射し、当該勾配面で内面反射される前記光源からの光が前記表面から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されていることによるものである。
【００１１】
また、上記発明において、好ましい態様は、前記投影レンズは、さらに、前記Ｎ個の勾配面と前記表面との間に前記Ｎ角形の各辺に対応して設けられたＮ個の付加勾配面を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、上記発明において、好ましい態様は、前記Ｎ個の付加勾配面の勾配は、前記Ｎ個の勾配面の勾配より小さいことを特徴とする。
【００１３】
また、上記発明において、好ましい態様は、前記Ｎは４であり、前記表面は、正面視で四角形であり、前記４個の勾配面のうち、下側勾配面の勾配は２０度以上、上側勾配面の勾配は２５度以上、正面視で左側勾配面の勾配は１５度以上、正面視で右側勾配面の勾配は１５度以上であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の別の側面は、光源の前方に配置される投影レンズにおいて、前記光源からの光が入射する裏面と、前記光源からの光が出射する、正面視でＮ（Ｎは、３以上の整数）角形の表面と、前記裏面と前記表面との間に前記Ｎ角形の各辺に対応して設けられたＮ個の勾配面と、を含み、前記Ｎ個の勾配面の勾配は、それぞれ、前記裏面から前記投影レンズに入射し、当該勾配面で内面反射される前記光源からの光が前記表面から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されている投影レンズであることを特徴とする。
【００１５】
この側面によれば、非光学面での内面反射に起因して投影レンズ表面から制御できない光が出射されるのを抑制することができる投影レンズを提供することができる。
【００１６】
これは、Ｎ個の勾配面（非光学面）の勾配が、それぞれ、裏面から投影レンズに入射し、当該勾配面で内面反射される前記光源からの光が前記表面から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されていることによるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】車両用灯具１０の斜視図である。
【図２】（ａ）車両用灯具１０の上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図である。
【図３】車両用灯具１０を、光軸ＡＸを含む鉛直面で切断した縦断面図である。
【図４】ロービーム用配光パターンＰＬｏの一例である。
【図５】裏面２１から投影レンズ２０内部に入射した光源３０からの光の光線追跡図（勾配面２３の抜き勾配４度程度）である。
【図６】裏面２１から投影レンズ２０内部に入射した光源３０からの光の光線追跡図（勾配面２３の抜き勾配４度程度）である。
【図７】投影レンズ２０の一部側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態である車両用灯具１０について添付図面を参照しながら説明する。各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
【００１９】
図１は、車両用灯具１０の斜視図である。図２（ａ）は車両用灯具１０の上面図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は側面図である。図３は、車両用灯具１０を、光軸ＡＸを含む鉛直面で切断した縦断面図である。図４は、ロービーム用配光パターンＰＬｏの一例である。
【００２０】
図１及び図２に示す車両用灯具１０は、ロービーム用配光パターンＰＬｏ（図４参照）を形成可能ないわゆるダイレクトプロジェクション型（直射型ともいう）の車両用前照灯であり、例えば、自動二輪車（図示せず）の前端部に搭載される。ロービーム用配光パターンＰＬｏは、自動二輪車前端に正対した仮想鉛直スクリーン（例えば、自動二輪車の前端から約２５ｍ前方に配置されている）上に形成される。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本実施形態の車両用灯具１０は、投影レンズ２０（凸レンズ）、投影レンズ２０の後方に配置された光源３０等を備える。車両用灯具１０は、図示しないが、アウターレンズとハウジングとによって構成される灯室内に配置され、ハウジング等に取り付けられる。
【００２２】
投影レンズ２０は、上下左右がカットされた正面視で外形が四角形（矩形又は略矩形）の凸レンズで、光源３０からの光が入射する裏面２１と、光源３０からの光が出射する、正面視で外形が四角形の表面２２と、裏面２１と表面２２との間に四角形の各辺に対応して設けられた４個の勾配面２３ａ〜２３ｄと、勾配面２３ａ〜２３ｄと表面２２との間に四角形の各辺に対応して設けられた４個の付加勾配面２４ａ〜２４ｄと、フランジ部２５と、を含む。投影レンズ２０は、金型を用いてアクリルやポリカーボネイト等の透明樹脂を射出成形することにより成形される。なお、勾配面は、立壁とも称される。
【００２３】
以下、勾配面２３ａ〜２３ｄは、各々を区別不要の場合、単に勾配面２３と記載する。同様に、付加勾配面２４ａ〜２４ｄは、各々を区別不要の場合、単に付加勾配面２４と記載する。
【００２４】
図３に示すように、裏面２１及び表面２２は、それぞれ、裏面２１から入射（入光）し、表面２２から出射（出光）する光源３０からの光が、ロービーム用配光パターンＰＬｏ（図４参照）を形成するように構成（設計）された光学面である。
【００２５】
勾配面２３は、光学的機能が意図されておらず、投影レンズ２０の形状を成立させるために、裏面２１と表面２２との間に四角形の各辺に対応して設けられる非光学面である。勾配面２３は、例えば、平坦面である。
【００２６】
４個の勾配面２３ａ〜２３ｄの抜き勾配は、それぞれ、裏面２１から投影レンズ２０に入射し、当該勾配面２３に直接入射する光源３０からの光が当該勾配面２３から出射する角度に設定されている。
【００２７】
なお、上側勾配面２３ａの抜き勾配は、上側勾配面２３aと光軸ＡＸを含む水平面とがなす角度のことである。下側勾配面２３ｃについても同様である。右側勾配面２３ｂの抜き勾配は、右側勾配面２３ｂと光軸ＡＸを含む鉛直面とがなす角度のことである。左側勾配面２３ｄについても同様である。
【００２８】
具体的には、下側勾配面２３ｃの抜き勾配は２０度以上、上側勾配面２３ａの抜き勾配は２５度以上、左側（正面視で左側）勾配面の抜き勾配は１５度以上、右側（正面視で右側）勾配面の抜き角度は１５度以上に、それぞれ、設定されている。なお、各々の勾配面２３ａ〜２３ｄの抜き角度の上限はフランジ部２５の矩形（図７参照）より大きくならない角度であるが、これは、投影レンズ２０の肉厚により異なってくるため、数字で限定するのは困難である。図７は、投影レンズ２０の一部側面図である。
【００２９】
勾配面２３の抜き勾配をこのように設定した理由は、次のとおりである。
【００３０】
金型を用いて投影レンズ２０を射出成形する場合の離型性を考慮すると、勾配面２３の抜き勾配は一般的な抜き勾配（投影レンズ２０の材料によって異なるが、４度程度）でよい。しかしながら、勾配面２３の抜き勾配を一般的な抜き勾配とした場合、図５、図６に示すように、裏面２１から投影レンズ２０内部に入射した光源３０からの光が、投影レンズ２０内部（勾配面２３等）で内面反射（全反射）を繰り返し、表面２２から制御できない光となって出射してしまう。図５、図６は、裏面２１から投影レンズ２０内部に入射した光源３０からの光の光線追跡図（勾配面２３の抜き勾配４度程度）である。
【００３１】
そこで、本発明者は、上記内面反射を低減できる条件について鋭意検討した。その結果、各々の勾配面２３ａ〜２３ｄの抜き勾配を上記角度に設定することで、勾配面２３（非光学面）での内面反射に起因して投影レンズ２０の表面２２から制御できない光が出射されるのを抑制することができることを見出した。
【００３２】
これは、各々の勾配面２３ａ〜２３ｄの抜き勾配を上記条件とすることで、図３に示すように、裏面２１から投影レンズ２０内部に入射し、各々の勾配面２３ａ〜２３ｄに直接入射し、当該各々の勾配面２３ａ〜２３ｄで内面反射される光源３０からの光が、投影レンズ２０の表面２２から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されていることによるものである。
【００３３】
付加勾配面２４は、正面視で投影レンズ２０（主に、表面２２）の外形（四角形）をしっかりと表現するために、勾配面２３と表面２２との間に四角形の各辺に対応して設けられる非光学面である。付加勾配面２４は、例えば、平坦面である。付加勾配面２４の抜き勾配は、勾配面２３の抜き勾配より小さく設定されている。例えば、付加勾配面２４の抜き勾配は、一般的な抜き勾配（例えば、４度以上）である。付加勾配面２４の光軸ＡＸに沿った長さｔ（図１参照）は、離型性を考慮すると、１０ｍｍ以内が望ましい。
【００３４】
光源３０は、例えば、矩形（例えば、１ｍｍ角）の発光面を備えたＬＥＤやＬＤ等の半導体発光素子であり、発光面を前方（投影レンズ２０）に向けた状態で投影レンズ２０の後側焦点近傍に配置される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、勾配面２３(非光学面)での内面反射に起因して投影レンズ２０の表面２２から制御できない光が出射されるのを抑制することができる車両用灯具１０及び投影レンズ２０を提供することができる。
【００３６】
これは、４個の勾配面２３（非光学面）の勾配が、それぞれ、裏面２１から投影レンズ２０に入射し、各々の勾配面２３ａ〜２３ｄで内面反射される光源３０からの光が、投影レンズ２０の表面２２から出射しない又は殆ど出射しない角度に設定されていることによるものである。
【００３７】
また、本実施形態によれば、勾配面２３の抜き勾配を一般的な抜き勾配（４度程度）より大きくしたにもかかわらず、正面視で投影レンズ２０（主に、表面２２）の外形（四角形）をしっかりと表現することができる。
【００３８】
これは、勾配面２３と表面２２との間に四角形の各辺に対応して付加勾配面２４を設けたことによるものである。
【００３９】
また、本実施形態によれば、勾配面２３の抜き勾配が一般的な抜き勾配（４度程度）より大きいため、離型性が向上するという利点もある。
【００４０】
次に、変形例について説明する。
【００４１】
上記実施形態では、本発明の車両用灯具及び投影レンズを自動二輪車の前端部に搭載される車両用前照灯（自動二輪車用ヘッドランプ）に適用した例について説明したが、これに限らない。例えば、自動二輪車以外の自動車用ヘッドランプや街路灯にも本発明の車両用灯具及び投影レンズを適用してもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、正面視で四角形（矩形又は略矩形）の表面２２を含む投影レンズ２０、裏面２１と表面２２との間に四角形の各辺に対応して設けられた４個の勾配面２３ａ〜２３ｄ、勾配面２３ａ〜２３ｄと表面２２との間に四角形の各辺に対応して設けられた４個の付加勾配面２４ａ〜２４ｄを用いた例について説明したが、これに限らない。例えば、正面視でＮ（Ｎは、３以上の整数）角形の表面を含む投影レンズ、裏面２１と表面２２との間にＮ角形の各辺に対応して設けられたＮ個の勾配面２３、勾配面２３と表面２２との間にＮ角形の各辺に対応して設けられたＮ個の付加勾配面２４を用いてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、本発明の投影レンズを、ダイレクトプロジェクション型の車両用灯具に適用した例について説明したが、これに限らない。例えば、いわゆるプロジェクタ型の車両用灯具にも本発明の投影レンズを適用してもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、光源３０として、ＬＥＤやＬＤ等の半導体発光素子を用いた例について説明したが、これに限らず、バルブ光源を用いてもよい。
【００４５】
上記実施形態で示した各数値は全て例示であり、これと異なる適宜の数値を用いることができるのは無論である。
【００４６】
上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。上記実施形態の記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…車両用灯具、２０…投影レンズ、２１…裏面、２２…表面、２３…勾配面、２３（２３a〜２３ｄ）…勾配面、２４（２４ａ〜２４ｄ）…付加勾配面、２５…フランジ部、３０…光源、ＡＸ…光軸、ＰＬｏ  …ロービーム用配光パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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