(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
灯具の中心軸から略等距離の円周上とし且つ前記中心軸と光軸とは適宜距離の一点で交差するように複数のＬＥＤランプを配置すると共に、それぞれのＬＥＤランプに対し前記中心軸側の略半部に前記光軸に略平行な半円筒状反射面を設け残りの略半部にこのＬＥＤランプからの光の進行方向に向い開くコニカルホーン状反射面を設け前記一点の近傍でこれらの半円筒状反射面とコニカルホーン状反射面とを一体化させて１つの開口部を有し前記一点の近傍を疑似焦点とする光源ユニットを形成し、且つ、前記中心軸上には前記疑似焦点を第一焦点とする双曲線の第二焦点とこの第二焦点を焦点とする回転双曲面反射面を設けると共に前記第一焦点側には前記第二焦点を焦点とする回転放物面系反射面を設けたことを特徴とするＬＥＤ灯具。
【請求項２】
灯具の中心軸と光軸を一致させるＬＥＤランプを１つ配置し、前記ＬＥＤランプに対し前記中心軸と軸を一致させる中空円筒状の単筒状反射面を配置した光源ユニットを形成し、且つ第一焦点、第二焦点がともに前記中心軸上に存在する回転双曲面反射面を前記単筒状反射面の開口部付近に設けるとともに、前記第一焦点側には前記第二焦点を焦点とする回転放物面系反射面を設けたことを特徴とするＬＥＤ灯具。
【請求項３】
前記回転双曲面反射面は、表面鏡もしくは透明高屈折部材の内面全反射面の何れかで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＬＥＤ灯具。
【請求項４】
前記回転放物面系反射面は、この回転放物面系反射面自体が配光特性を形成する構成とされていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のＬＥＤ灯具。
【請求項５】
前記回転双曲面反射面は、この回転双曲面反射面自体が配光特性を形成する構成とされていることを特徴とする請求項１〜請求項の３何れかに記載のＬＥＤ灯具。
【請求項６】
前記回転双曲面反射面の前記中心軸近傍には、前記第一焦点に対しより短い距離の第三焦点を有する補助双曲線を想定し、この補助双曲線を前記第三焦点を中心として適宜に傾けた状態で前記中心軸で回転することで得られる補助回転双曲面反射面が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載のＬＥＤ灯具。
【請求項７】
前記光源ユニットと前記回転双曲面反射面とが一体化され、且つ、前記回転放物面系反射面には適宜な係着手段により着脱自在とされていることを特徴とする請求項１〜請求項６何れかに記載のＬＥＤ灯具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、テールランプ、ストップランプ、ターンシグナルランプなど主として信号用に使用される灯具に関するものであり、詳細には、光源としてＬＥＤランプを採用する灯具の構成に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の車両用ＬＥＤ灯具９０の構成の例を示すものが図７であり、回転放物面の反射鏡９１ａが形成された基板９１には、各々の反射鏡９１ａに対応して複数のＬＥＤランプ９２が取付けられ、それらＬＥＤランプ９２の前方は各ＬＥＤランプ９２毎に対応するレンズカット９３ａが施されたレンズ９３で覆われるものとされている。
【０００３】
このように構成することで、それぞれのＬＥＤランプ９２からの光は、それぞれが対応するレンズカット９３ａで所望の照射角に変換され、全てのＬＥＤランプ９２からの光の総合として車両用ＬＥＤ灯具９０としての配光特性が形成されるものと成る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の車両用ＬＥＤ灯具９０においては、ＬＥＤランプ９２の照射角が、光量が半分となる半減値で片側約２０〜２５゜と狭いものであるので、前記レンズ９３に達するまでにレンズカット９３ａの全面まで拡がらない場合が多く、これによりレンズ９３面に図８に示すような斑点状の明暗が表れ、一般的な白熱電球を光源とする車両用灯具に比べて点灯フィーリングが大きく異なり観視者に違和感を生じさせるなど、美観が著しく損われるものとなる問題点を生じている。
【０００５】
この問題点は、例えば基板９２上に搭載するＬＥＤランプ９２の数を増やし、各ＬＥＤランプ９２間のピッチを狭くする、又は、ＬＥＤランプ９２とレンズ９３との間隔を拡げて、ＬＥＤランプ９２からの光がレンズカット９３ａの全面に拡がるようにするなどの対策が考えられる。
【０００６】
この場合、上記ＬＥＤランプ９２の数を増やし対策を行う場合には、当然にＬＥＤランプ９２の使用数の増加によるコストアップを生じると共に、消費電力の増加により温度上昇も著しいものとなり、例えばＬＥＤランプ９２の寿命の短縮など新たな問題点を生じるものとなる。
【０００７】
また、ＬＥＤランプ９２とレンズ９３とに充分な間隔を設けた場合には、車両用ＬＥＤ灯具９０の奥行寸法が増すものとなり、白熱電球を光源とする車両用灯具（図示は省略する）とそれ程に奥行に差がなくなり、光源にＬＥＤランプ９２を採用する最大目的である灯具の薄型化が達成できないものとなる。よって、上記何れの対策も採用しがたいものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、灯具の中心軸から略等距離の円周上とし且つ前記中心軸と光軸とは適宜距離の一点で交差するように複数のＬＥＤランプを配置すると共に、それぞれのＬＥＤランプに対し前記中心軸側の略半部に前記光軸に略平行な半円筒状反射面を設け残りの略半部にこのＬＥＤランプからの光の進行方向に向い開くコニカルホーン状反射面を設け前記一点の近傍でこれらの半円筒状反射面とコニカルホーン状反射面とを一体化させて１つの開口部を有し前記一点の近傍を疑似焦点とする光源ユニットを形成し、且つ、前記中心軸上には前記疑似焦点を第一焦点とする双曲線の第二焦点とこの第二焦点を焦点とする回転双曲面反射面を設けると共に前記第一焦点側には前記第二焦点を焦点とする回転放物面系反射面を設けたことを特徴とするＬＥＤ灯具を提供することで、点灯時の見え方を白熱電球を光源とする灯具に近づけることを可能として課題を解決するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に符号１で示すものは本発明に係る車両用ＬＥＤ灯具１の第一実施形態であり、この車両用ＬＥＤ灯具１は従来例と同様にＬＥＤランプ２を光源として採用するものであるが、本発明により光源ユニット３が設けられ、前記ＬＥＤランプ２はこの光源ユニット３に装着されるものとされている。
【００１０】
また、本発明の車両用ＬＥＤ灯具１には、前記光源ユニット３の照射方向前方には回転双曲面反射面４と、基本的には回転放物面である回転放物面系反射面５が設けられ、更に前記回転放物面系反射面５を覆ってはアウターレンズ６が設けられている。
【００１１】
ここで、本発明の車両用ＬＥＤ灯具１の説明に先立って、双曲線の特性について簡単に説明を行えば、図２に示すようにそれぞれが向い合う１対の双曲線ｈ１、ｈ２はそれぞれに焦点ｆ１、ｆ２を有している。上記の２つの焦点ｆ１、ｆ２を通る軸Ｘで双曲線ｈ１、ｈ２を回転させると、双方が凸面同士で向い合う二葉双曲面が得られるものとなる。
【００１２】
ここで、何れかの双曲面、例えば他方の双曲線ｈ２で形成された双曲面のみが存在しているときに、一方の双曲線ｈ１の焦点ｆ１に点光源が置かれると、他方の双曲線ｈ２で形成された双曲面はあたかも、焦点ｆ２から光が放射されているような反射光を生じるものとなる。但し、双曲面は凸面であるので、反射光の放射角βは焦点ｆ１から放射されたときの光源からの放射角αよりも拡がるものとなる。
【００１３】
再び図１に戻り上記の説明に基づいて本発明の車両用ＬＥＤ灯具１の構成の説明を行う。前記光源ユニット３は車両用ＬＥＤ灯具１の中心軸Ｘを基準として設けられるものであって、図示の状態で下方の端部にＬＥＤランプ２を取付けるための光源取付部３ａが設けられ、この光源取付部３ａは前記中心軸Ｘから等距離である円周上に任意の複数、例えば４個所として設けられるものである。
【００１４】
このときに、前記光源取付部３ａは、それぞれのＬＥＤランプ２の光軸Ｙが前記中心軸Ｘ上の一点ｆ１で交差するように形成されているものであり、このようにすることで複数のＬＥＤランプ２からの光は前記一点ｆ１で交差するものとなる。加えて、前記光源ユニット３には、導光部３ｂが設けられ、前記一点ｆ１における光の収束を一層に高めるものとしている。
【００１５】
前記導光部３ｂは基本形状としては内面に鏡面処理が成された中空の円筒状であって、放射角を有するＬＥＤランプ２からの光に放散を生じることなく前記一点ｆ１まで導くことを目的として設けられるものである。そして、本発明においては、前記導光部３ｂは２つの曲面により構成されている。
【００１６】
上記２つの曲面は、まず、前記中心軸Ｘ側の半部が中空の円筒を軸に沿い２分した半円筒状であり、上記にも説明したように内面にアルミの真空蒸着などによる鏡面処理が成されて半円筒状反射面３ｃとされ、前記光軸Ｙと軸を一致させて設けられている。
【００１７】
そして、残る半部は円錐の一部を軸に垂直な２個所で切取った形状であるコニカルホーンを、更に軸に沿い半裁した形状であり、上記と同様に光軸Ｙに軸を一致させ、コニカルホーン状反射面３ｄとされている。そして、前記コニカルホーン状反射面３ｄの半径は前記光源取付部３ａに設定する半径とし、前記一点ｆ１の近傍では、この一点を中心とする適宜な円弧としておけば、複数の導光部３ｂが一点ｆ１で合体し１つの開口部３ｅを形成するときの断面形状は円形となり、後に説明する回転放物面系反射面５に対する光の投射に好都合のものとなる。
【００１８】
前記光源ユニット３を上記の構成としたことにより、複数のＬＥＤランプ２からの光は前記一点ｆ１に収束するものとなり、本発明においては、この一点ｆ１を疑似焦点（ｆ１）として、双曲線における一方の焦点と想定し、この一方の焦点を基準とし他方の双曲線を設定し、この他方の双曲線を前記中心軸で回転させることで回転双曲面反射面４を得る。
【００１９】
このようにすることで、前記回転双曲面反射面４は疑似焦点（ｆ１）収束する光を、あたかも他方の焦点ｆ２から放散される光として反射するものであり、しかも、この反射を行うときには放射角を拡げるものとなるので、前記他方の焦点ｆ２を焦点とし反射方向を照射側とする回転放物面系反射面５を設ければ、この回転放物面系反射面５はほぼ全面から照射方向に略平行となる反射光を生じるものとなる。
【００２０】
従って、前記アウターレンズ６に適宜なレンズカット６ａを施すものとしておけば車両用ＬＥＤ灯具１としての配光特性が得られるものとなる。尚、近年はアウターレンズ６にレンズカット６ａが施されず、透明感の高いデザインの灯具が好まれる傾向にあるので、この場合には、前記回転放物面系反射面５を、回転放物面から放物面系の自由曲面などに変更し、回転放物面系反射面５自体で配光特性を形成するものとして、アウターレンズ６からレンズカット６ａを省略すればよい。
【００２１】
以上が本発明に係る車両用ＬＥＤ灯具１の基本的な実施形態であり、このように構成したことで、複数のＬＥＤランプ２からの光を光源ユニット３により疑似焦点（ｆ１）に収束し、回転双曲面反射面４により放射角を拡げて回転放物面系反射面５に供給するものとなる。従って、照射角が極めて狭いＬＥＤランプ２を光源として採用するときにも、あたかもほぼ全方位に光を放射する白熱電球を光源とするときのように回転放物面系反射面５の全面を光輝させられるものとなり、光ムラがなく違和感を生じさせない車両用ＬＥＤ灯具１が提供可能となる。また、同じ発光面積を得るためのＬＥＤランプ２の必要数も大幅に低減できるものとなる。
【００２２】
次いで、実際に実施に当り好ましい応用的な実施形態について説明を行う。図３に示すものは本発明の第二実施形態であり、この第二実施形態は前記回転双曲面反射面４に関するものである。前の第一実施形態では前記回転双曲面反射面４は双曲線を回転したものとして説明したが、このような形状では、前記光源ユニット３に向う反射光も当然に生じ、この部分の反射光は無効となり、且つ、光量も比較的に多い。
【００２３】
この問題に対処すべく、この第二実施形態では図３に示すように前記回転双曲面反射面４に補助回転双曲面反射面４ａを設けるものであり、この補助回転双曲面反射面４ａは前記一方の焦点（疑似焦点）ｆ１を同一位置とし、前記他方の焦点ｆ２よりも近い位置に第三焦点ｆ３を想定し、第三焦点ｆ３に対応する補助双曲線ｈ３を形成する。
【００２４】
そして、この補助双曲線ｈ３を前記第三焦点ｆ３を中心として適宜角度γだけ傾け、この状態で中心軸Ｘで回転して得られる曲面が補助回転双曲面反射面４ａであり、このようにしたことで、前記中心軸Ｘに達した光源ユニット３からの光は、本来の反射方向よりも、より側方に偏寄して反射が行われるものとなり、回転放物面系反射面５に達するものとなって照射光として使用可能なものとなる。
【００２５】
図４に示すものは本発明の第三実施形態及び第四実施形態であり、この実施形態も前記回転双曲面反射面４に係るものである。ここで、前記した第一実施形態、第二実施形態で採用されていた回転双曲面反射面４について検討してみると、これらは何れも金属部材、樹脂部材などにアルミの真空蒸着などによる鏡面処理を行うものであり、即ち、回転双曲面反射面４は不透明である。
【００２６】
このことは、前記アウターレンズ６に回転双曲面反射面４の影が投影され、その部分が暗くなる。この点に対処すべくこの第三実施形態では回転双曲面反射面７を透明樹脂など透明部材で形成するものであり、この実施形態では反射面７ａは樹脂など高屈折部材と大気など低屈折部材との境界面として形成され、光を反射する面の側に高屈折部材が存在する構成とされている。
【００２７】
このように高屈折部材と低屈折部材との境界面では双方の部材の屈折率の差による臨界角以上で高屈折側から境界面に達した光は内面全反射を行うものとなるので、前記反射面７ａは臨界角以下となる中心軸Ｘの近傍を除いては疑似光源ｆ１からの光を全反射するものとなる。
【００２８】
このときに、前記反射面７ａが回転双曲面としての特性を失うことにないように、前記疑似光源ｆ１からの光を高屈折部材中に取込む入射面７ｂは前記疑似光源ｆ１を中心とする球面ｒ１として形成されて通過時に屈折を生じないものとされ、同様に、反射面７ａで反射した光が大気中に射出するときに通過する射出面７ｃは他方の焦点ｆ２を中心とする球面ｒ２として形成され同様に屈折を生じないものとされている。
【００２９】
また、前記反射面７ａの中心軸Ｘの近傍は上記したように臨界角以下となり、疑似光源ｆ１からの光が透過する現象を生じる。この第三実施形態では前記の現象を積極的に利用するものであり、前記反射面７ａの中心軸Ｘの近傍には、例えば凸レンズ状とした正面光用レンズ７ｄを設け、第一実施形態、第二実施形態で生じていた回転双曲面反射面７の影を解消するものである。
【００３０】
尚、図４の向って右半部に部分的に示すのは、第三実施形態に加えた第四実施形態であり、このように射出面７ｃにレンズカット７ｅを設けることで、射出面７ｃから射出する時点で適宜な拡散を生じるものとして、アウターレンズ６のレンズカット６ａを省略できるものとする。尚、第一実施形態、第二実施形態においても回転双曲面反射面４に適宜な凹凸を設けるなどすれば同じ作用が得られるものとなる。
【００３１】
図５は本発明の第五実施形態であり、この第五実施形態では図示のようにＬＥＤランプ２、光源ユニット３、回転双曲面反射面４が一体化して形成され、さらに、例えば白熱電球を灯具に着脱するために用いられているバヨネットなどの係着手段８が設けられている。尚、図示は省略するが、これに応じて前記回転放物面系反射面５の側にもバヨネット受けなど対応する係着手段が設けられているものであることは言うまでもない。
【００３２】
このようにすることで、ＬＥＤランプ２、回転双曲面反射面４を含み光源ユニット３の部分が回転放物面系反射面５（アウターレンズ６を含む）から着脱自在となるので、回転放物面系反射面５側は在来の灯具とほとんど同じ構成とすることができるものとなる。よって、灯火の色を変更するときなどには、光源ユニット３の側のみを交換すれば良く、汎用性の向上などが可能となる。
【００３３】
図６は本発明の第六実施形態であり、上記何れの実施形態においてもＬＥＤランプ２が複数であるとして説明を行ったが、本発明はＬＥＤランプ２が一個の場合でも成立させることが可能である。この場合には、ＬＥＤランプ２は、その光軸を中心軸Ｘと一致させれば良く、また、光源ユニット９は、図示のように中心軸Ｘと軸を一致させる中空円筒状の単筒状として形成すればよい。尚、この第六実施形態における作用効果も上記に説明した各実施形態とほぼ同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明により、灯具の中心軸から略等距離の円周上とし且つ前記中心軸と光軸とは適宜距離の一点で交差するように複数のＬＥＤランプを配置すると共に、それぞれのＬＥＤランプに対し前記中心軸側の略半部に前記光軸に略平行な半円筒状反射面を設け残りの略半部にこのＬＥＤランプからの光の進行方向に向い開くコニカルホーン状反射面を設け前記一点の近傍でこれらの半円筒状反射面とコニカルホーン状反射面とを一体化させて１つの開口部を有し前記一点の近傍を疑似焦点とする光源ユニットを形成し、且つ、前記中心軸上には前記疑似焦点を第一焦点とする双曲線の第二焦点とこの第二焦点を焦点とする回転双曲面反射面を設けると共に前記第一焦点側には前記第二焦点を焦点とする回転放物面系反射面を設けたＬＥＤ灯具としたことで、光源ユニットにより複数のＬＥＤランプからの光を疑似焦点に収束し、回転双曲面反射面で照射角を拡げて回転放物面系反射面に入射させるものとなり、あたかも白熱電球を光源として採用した灯具のような点灯フィーリングを得られるものとする。よって、従来のＬＥＤランプを光源とする灯具のように光ムラも生ぜず観視者に違和感を生じさせないものとなり、この種のＬＥＤ灯具の美観の向上に極めて優れた効果を奏するものである。また、同じ発光面積であればＬＥＤランプの必要数は大幅に低減されるものとなり、この種のＬＥＤ灯具のコストダウンにも極めて優れた効果を奏するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る車両用ＬＥＤ灯具の第一実施形態を示す断面図である。
【図２】  双曲線の特性を示す説明図である。
【図３】  同じく本発明に係る車両用ＬＥＤ灯具の第二実施形態を要部で示す断面図である。
【図４】  同じく本発明に係る車両用ＬＥＤ灯具の第三実施形態、第四実施形態を要部で示す断面図である。
【図５】  同じく本発明に係る車両用ＬＥＤ灯具の第五実施形態を要部で示す斜視図である。
【図６】  同じく本発明に係る車両用ＬＥＤ灯具の第六実施形態を要部で示す断面図である。
【図７】  従来例を示す断面図である。
【図８】  従来例の点灯状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１……車両用ＬＥＤ灯具
２……ＬＥＤランプ
３、９……光源ユニット
３ａ……光源取付部
３ｂ……導光部
３ｃ……半円筒状反射面
３ｄ……コニカルホーン状反射面
３ｅ……開口部
４、７……回転双曲面反射面
４ａ……補助回転双曲面反射面
７ａ……反射面
７ｂ……入射面
７ｃ……射出面
７ｄ……正面光用レンズ
７ｅ……レンズカット
５……回転放物面系反射面
６……アウターレンズ
６ａ……レンズカット
８……係着手段
【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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【図８】
0004452391.tif 000009