(57)【要約】【課題】  直射光学系を有する車両用灯具を、光の利用効率を確保しながら小型化する技術を提供する。【解決手段】  投影レンズ（１１）と、該投影レンズ（１１）へ向けて光を出射するように配置された光源（７）とを備えた、灯具ユニット（５）において、前記投影レンズ（１１）は、前記光源（７）側に配置された第１のレンズ（１１０）および該第１のレンズ（１１０）の前方に配置された第２のレンズ（１２０）で構成され、前記第１のレンズ（１１０）の入射面（１１０Ａ）の曲率が、その出射面（１１０Ｂ）の曲率よりも小さいことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影レンズと、該投影レンズへ向けて光を出射するように配置された光源とを備えた、灯具ユニットにおいて、
前記投影レンズは、前記光源側に配置された第１のレンズおよび該第１のレンズの前方に配置された第２のレンズで構成され、
前記第１のレンズの入射面の曲率が、その出射面の曲率よりも小さいことを特徴とする灯具ユニット。
【請求項２】
前記光源が、前記投影レンズを単一のレンズで構成した場合よりも、前記投影レンズと接近するように配置された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】
前記第１のレンズの入射面の曲率が０であることを特徴とする請求項１または２に記載の灯具ユニット。
【請求項４】
前記第２のレンズの入射面の曲率が、その出射面の曲率よりも大きい請求項１〜３のいずれかに記載の灯具ユニット。
【請求項５】
前記光源が、投影レンズへ向けて配置された発光面を備える半導体発光素子である請求項１〜４のいずれかに記載の灯具ユニット。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の灯具ユニットを備える車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用灯具に係り、より詳しくは、直射型光学系を有する灯具ユニットおよびこれを備える車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード等の光源からの光を直接投影レンズにより投影する、いわゆる直射型光学系を有する車両用灯具が知られて  いる。一般に、直射型光学系では、広い角度範囲に光源からの光が出射される一方、リフレクタが設けられていないため、投射レンズに入射することなくその外周側へと向かう光が存在し、光源から出射される光の利用効率が低い。
【０００３】
特許文献１は、光源から投射レンズに直接入射する光の経路を避けた領域に透光部材を配置して、光の利用効率を向上した灯具ユニットを備えた車両用前照灯を開示している。また、特許文献２は、光源の周囲を囲むようにカバー体を配置して、光源光に関する漏れ光の発生を防止し、光の利用効率を向上した灯具ユニットを備えた車両用前照灯を開示している。
【０００４】
ところで、直射型光学系を有する車両用灯具のコンパクト化を検討する時、レンズを小径化すると光の利用効率が低減し、光の利用効率を向上するべくレンズを短焦点化するとレンズの厚みが増大してコストが増大するという背反がある。
【０００５】
そこで、発明者は、投影レンズを２枚のレンズで構成すれば、光の利用効率を確保しながらレンズの小径化が可能になるという発想のもとに本発明を提案するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２５４６２３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１９２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、直射光学系を有する車両用灯具を、光の利用効率を確保しながら小型化する技術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】
前記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る灯具ユニットは、投影レンズと、該投影レンズへ向けて光を出射するように配置された光源とを備えた、灯具ユニットにおいて、前記投影レンズは、前記光源側に配置された第１のレンズおよび該第１のレンズの前方に配置された第２のレンズで構成され、前記第１のレンズの入射面の曲率が、その出射面の曲率よりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
上記態様において、前記光源が、前記投影レンズを単一のレンズで構成した場合よりも前記投影レンズと接近するように配置されることも好ましい。
【００１０】
上記態様において、前記第１のレンズの入射面の曲率が０であることも好ましい。
【００１１】
上記態様において、前記第２のレンズの入射面の曲率がその出射面の曲率よりも大きいことも好ましい。
【００１２】
上記態様において、前記光源が、投影レンズへ向けて配置された発光面を備える半導体発光素子であることも好ましい。
【００１３】
また本発明の別の態様に係る車両用灯具は、上記態様に係る灯具ユニットを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記の構成によれば、光の利用効率を確保しながら、車両用灯具を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の１つの実施例に係る車両用灯具の垂直縦断面図である。
【図２】同実施例に係る第１のレンズの正面図である。
【図３】同実施例に係る灯具ユニットと、従来の灯具ユニットとを比較するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る車両用灯具の実施の形態について、実施例に基づいて図面を参照しながら説明する。
【００１７】
なお、本明細書において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等の方向を示す用語は、特に指定しない限り、本発明の実施の形態に係る車両用灯具が車両に取り付けられた状態における方向を意味する。
【００１８】
（実施例１）
図１は、本実施例に係る車両用灯具１の内部構成を模式的に示す断面図である。車両用灯具１は、車両の前部に装着されて車両の前方を照明する車両用前照灯である。
【００１９】
図１に示すように、車両用灯具１は、前方が開口を有する容器状のランプボディ２と、ランプボディ２の開口部に装着された透明な前面カバー３とを備え、両者２，３によって灯室４が形成されている。
【００２０】
灯室４内には、灯具ユニット５が配置され、灯具ユニット５は、ランプボディ２の後部内面に設けられたエイミング機構６を介してランプボディ２に取り付けられている。灯具ユニット５は、光源７、基板８、支持部材９、ヒートシンク１０、投影レンズ１１、レンズホルダ１２およびサブレンズユニット１３を備えている。
【００２１】
光源７は、矩形状の発光面を有する半導体発光素子としてのＬＥＤであり、投影レンズ１１の後方焦点に、発光面を投影レンズ１１に向けて基板８に実装され、図示しない信号線を介して車両側制御部から入力される制御信号に応じて発光する。なお、光源７の種類はこれに限定されるものではなく、他に、白熱電球や放電管、他のダイオード等を使用してもよい。
【００２２】
基板８は、支持部材９の前面側に固定され、光源７を保持するとともに、光源７に電流を供給する。ヒートシンク１０は、支持部材９の後面側に固定され、光源７の発光に伴って基板８に発生する熱を逃がすように構成されている。支持部材９は、エイミング機構６を介してランプボディ２に固定されている。
【００２３】
投影レンズ１１は、光源７側に配置された第１のレンズ１１０および第１のレンズ１１０の前方に配置された第２のレンズ１２０で構成されている。第１のレンズ１１０および第２のレンズ１２０は、同径に構成され、支持部材９の前面に固定されたレンズホルダ１２により、支持部材９の前方に固定されている。
【００２４】
第１のレンズ１１０は、図２に示すとおり、光源７からの光を入射して第２のレンズ１２０へ向けて出射するレンズ領域１１１と、レンズ領域１１１の周辺にドーナツ状に延びる平坦なフランジ領域１１２とを備えている。レンズ領域１１１は、レンズ領域１１１の後面および前面が、それぞれ第１のレンズ１１０の入射面１１０Ａおよび出射面１１０Ｂであり、入射面１１０Ａから入射した光を収束して出射面１１０Ｂから出射する正の屈折力を有する凸レンズである。したがって、第１のレンズ１１０の前面は、レンズ領域１１１がフランジ領域１１２から突出するように構成されている。そして、入射面１１０Ａの曲率が出射面１１０Ｂの曲率よりも小さい。特に、入射面１１０Ａの曲率は、曲率を曲率半径（ｍｍ）の逆数で表した場合、１／３０以下であることが好ましく、０であることがより好ましい。第１のレンズ１１０は、フランジ領域１１２がレンズホルダ１２に保持されるように構成されている。また、光源７は、前記投影レンズを単一のレンズで構成した場合よりも前記投影レンズと接近するように配置される。この点については後で詳述する。
【００２５】
一般に、レンズの入射面の曲率が大きいと、入射面で反射する光線が多くなるため光の利用効率が低くなり、曲率が小さい方が、入射面で反射する光線が少なくなるため光の利用効率が向上する。したがって本実施例では、第１のレンズ１１０の入射面１１０Ａの曲率が小さいため、光の利用効率を向上することができ、投影レンズを小径化しても同じ配光量を得ることができる。
【００２６】
第２のレンズ１２０は、第１のレンズ１１０の前方、すなわち、車両の前方側に、第１のレンズ１１０と光軸Ａｘを共有するように配置され、車両を前方から観察した際、前面カバー３を通して視認される。第２のレンズ１２０は、入射面１２０Ａから入射した第１のレンズ１１０からの光を収束して、ほぼ平行な光として出射面１２０Ｂから出射する正の屈折力を有する凸レンズである。そして、入射面１２０Ａの曲率は、出射面１２０Ｂの曲率よりも大きいことが好ましい。このような構成により、第２のレンズ１２０の出射面１２０Ｂの球形状として前方へ突出する印象が和らぎ、投影レンズ１０を構成する第２のレンズ１２０の前面の意匠性を向上することができる。
【００２７】
なお、第１のレンズ１１０および第２のレンズ１２０は、アクリルやポリカーネート等の透明樹脂を金型に注入し、冷却、固化させる射出成形により形成される。しかし、レンズの材質はこれらに限定されるものではなく、光源７から放射される光を屈折により収束して所望の配光パターンを形成できるものであれば良く、例えばガラスであってもよい。また第１のレンズ１１０のレンズ領域１１１とフランジ領域１１２とは、同一の材質により形成されてもよく、別の材質により形成されてもよい。
【００２８】
サブレンズユニット１３は、特許文献１に開示されたサブレンズユニットと同様の構成を有する。すなわち、図示された上下サブレンズ１３Ａ、１３Ｂと、図示しない一対の左右サブレンズとが、光源７から第１のレンズ１１０のレンズ領域１１１に直接入射する光の経路を避けた領域に配置して構成されて、光源７からの出射光のうち、第１のレンズ１１０のレンズ領域１１１に直接入射しない光を入射して、第１のレンズ１１０のレンズ領域１１１に向けて出射する。なお、サブレンズユニット１３は、光の取り込み効率をさらに高めるために設けられているが、本発明においては必須の構成ではない。
【００２９】
次に、本実施例にかかる車両用灯具の機能について説明する。光源７から出射された光は、第１のレンズ１１０（のレンズ領域１１１の）入射面１１０Ａに入射する。光源光のち、第１のレンズ１１０のレンズ領域１１１に直接入射しない光は、サブレンズユニット１３に入射して、第１のレンズ１１０のレンズ領域１１１に向けて出射される。第１のレンズ１１０に入射した光は、正の屈折力によって収束され、第１のレンズ（のレンズ領域１１１）の出射面１１０Ｂから第２のレンズ１２０に向かって出射され、第２のレンズ１２０の入射面１２０Ａに入射される。その後、第２のレンズの正の屈折力によってさらに収束され、出射面１２０Ｂよりほぼ平行な光として、車両前方に照射される。
【００３０】
このように、本実施例に係る灯具ユニット５は、光源光がリフレクタを介さずに投射レンズ１１に入射する直射型光学系を構成している。また、本実施例に係る車両用灯具１は、車両前方の広範囲および遠方を比較的高い照度で照射する、所謂ハイビーム用車両用前照灯である。
【００３１】
本実施例の原理を説明するために、まず、所定の配光量Ｌ１を形成する単一の投影レンズを用いた従来の灯具ユニットについて述べる。このような灯具ユニットの投影レンズ２００および光源７の配置と光の経路を図３（ａ）に示す。すなわち、投影レンズ２１０の後方焦点Ｆ１に光源７が配置されている。図中、符号Ｄ１は、投影レンズ２００の口径を、ｄ１は、投影レンズ２００と光源７との間の距離を、θ１は、投影レンズ２００が利用可能な光源光の有効照射角を示す。
【００３２】
次に、図３（ａ）の灯具ユニット、光源７および投影レンズ１１Ｘを同じレイアウトで配置し、投影レンズ１１Ｘを２枚のレンズで構成した、灯具ユニットについて検討する。説明の便宜のため、第１のレンズ１１０Ｘおよび第２のレンズ１２０Ｘは、図３（ａ）の投影レンズ２００と同径のレンズを用いている。図３（ｂ）に示すとおり、光源は、第１のレンズ１１０Ｘおよび第２のレンズ１２０Ｘの組み合わせレンズとしての投影レンズ１１Ｘの後方焦点Ｆ２に配置される。図中、符号Ｄ２は第１のレンズ１１０Ｘおよび第２のレンズ１２０Ｘの口径を、ｄ２は第１のレンズ１１０Ｘと光源７との間の距離を、θ２は、投影レンズ１１が利用可能な光源光の有効照射角を示し、上述のとおり、Ｄ２はＤ１と等しい。この時、第１のレンズ１１０Ｘと光源７との間の距離ｄ２は、図３（ｂ）よりも短い。したがって、照射角θ２はθ１よりも大きくなって、光源光の利用効率が高い分、配光量Ｌ２が増える。
【００３３】
さらに、図３（ｃ）のように、光源７と第１のレンズとの距離ｄ３がｄ２より短くなるように、第１のレンズ１１０Ｙおよび第２のレンズ１２０Ｙを構成すれば、有効照射角が大きい分だけ光の利用効率はより高くなって、配光量がさらに増える。図中、符号Ｄ３は第１のレンズ１１０Ｙおよび第２のレンズ１２０Ｙの口径を、θ３は、投影レンズ１１Ｙが利用可能な光源光の照射角を、Ｆ３は、投影レンズ１１Ｙの焦点を示し、Ｄ３はＤ１と等しい。図３（ｃ）では、図３（ａ）に比べて、光の利用効率が高く、配光量Ｌ３が増大するため、レンズの口径、すなわち、有効照射角θ３をθ１に等しくして、光の利用効率を図３（ａ）と等しくして、図３（ａ）の場合の配光量Ｌ１と同じ配光量Ｌ１′を確保できる。したがって、第１のレンズおよび第２のレンズの口径は、Ｄ３よりも小さく設定できる。この原理を利用して、本実施例では、第１のレンズ１１０のレンズ領域１１１および第２のレンズ１２０を、光路の幅に対応するように構成し、光源を、投影レンズを単一のレンズで構成した場合よりも投影レンズと接近するように配置することで、光の利用効率を確保しながら、投影レンズの小径化を可能とした。
【００３４】
このように、本実施例によれば、例えば、光源から投影レンズまでの距離が３３mm、レンズの口径が５０ｍｍの従来の灯具ユニットよりも高効率に光を利用することができる灯具ユニットを、光源から投影レンズまでの距離が３０ｍｍ、レンズの口径が４０ｍｍで構成することができる。
【００３５】
本実施例によれば、屈折力を分散することができるため、１枚あたりのレンズの厚みを薄くすることができ、投影レンズにかかる製造コストを低減することができる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態を実施例に基づいて述べたが、実施例は当業者の技術常識に基づいて改変を行うことが可能であり、そのような改変は本発明の範囲に含まれる。
【００３７】
例えば、本発明の灯具ユニット５は、ハイビーム配光パターンを形成する用途に限られるものではなく、フォグランプ、コーナリングランプ等の直射光学系を備えるあらゆる車両用灯具１に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  車両用灯具
５  灯具ユニット
７  光源
１１  投影レンズ
１１０  第１のレンズ
１１０Ａ  入射面
１１０Ｂ  出射面
１１１  レンズ領域
１１２  フランジ領域
１２０  第２のレンズ
１２０Ａ  入射面
１２０Ｂ  出射面
【図１】
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【図２】
2018120834.tif 000004
【図３】
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