(57)【要約】【課題】光利用効率が高くかつ様々な配光パターンを形成可能な車両用灯具を提供することを目的とする。【解決手段】灯具の前後方向に延びる光軸Ａｘ上に配置された投影レンズ１０，１１０と、投影レンズ１０，１１０の後方焦点近傍に配置され、出射光の少なくとも一部を直接投影レンズ１０，１１０に向けて出射する発光素子２０と、第１反射面３０，１３０及び第２反射面４０，１４０とを備え、第１反射面３０，１３０は、発光素子２０からの出射光を、第２反射面４０，１４０に向けて反射させ、第２反射面４０，１４０は、第１反射面３０，１３０からの光を、灯具前方に向けて反射させることを特徴とする車両用灯具。【選択図】図１
2013026119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
灯具の前後方向に延びる光軸上に配置された投影レンズと、
前記投影レンズの後方焦点近傍に配置され、出射光の少なくとも一部を直接前記投影レンズに向けて出射する発光素子と、
第１反射面及び第２反射面とを備え、
前記第１反射面は、前記発光素子からの出射光を、前記第２反射面に向けて反射させ、
前記第２反射面は、前記第１反射面からの光を、灯具前方に向けて反射させることを特徴とする車両用灯具。
【請求項２】
前記発光素子は、その出射面の法線が灯具前方に対して前記第１反射面側に傾いて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
【請求項３】
前記第２反射面からの光が入射される付加レンズを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
【請求項４】
前記投影レンズ及び前記付加レンズが一体的であることを特徴とする請求項３に記載の車両用灯具。
【請求項５】
前記第１反射面は、前記発光素子からの出射光を前記投影レンズの光軸と交差する方向に反射することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影レンズの後方焦点近傍に発光素子が配置された車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用灯具の一種として、投影レンズの後方焦点近傍に光源として発光素子が配置された車両用灯具が知られている（特許文献１参照）。この種の車両用灯具は構成部品点数が少ないので低コストで提供できる他、光源が第１焦点に、投影レンズの後方焦点近傍が第２焦点に位置する楕円型リフレクタを備えたいわゆるＰＥＳ型の車両用灯具と比べて、灯具の前後方向寸法が短く、狭い空間に配置できるという利点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４４６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、このような車両用灯具においては、発光素子の発光面から半球状に広がる出射光のうち、一部分の光のみが投影レンズに入射され、投影レンズに入射しない光は車両前方に投影されないので、光利用効率に改善の余地があった。
【０００５】
また、この種の車両用灯具では光源からの光を直接投影レンズに入射させるというシンプルな光学系を採用しているために、限られた配光パターンしか形成できないという点でも改善の余地があった。
【０００６】
そこで本発明は、投影レンズの後方焦点近傍に光源が配置された車両用灯具において、光利用効率が高くかつ様々な配光パターンを形成可能な車両用灯具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】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明によれば、
灯具の前後方向に延びる光軸上に配置された投影レンズと、
前記投影レンズの後方焦点近傍に配置され、出射光の少なくとも一部を直接前記投影レンズに向けて出射する発光素子と、
第１反射面及び第２反射面とを備え、
前記第１反射面は、前記発光素子からの出射光を、前記第２反射面に向けて反射させ、
前記第２反射面は、前記第１反射面からの光を、灯具前方に向けて反射させることを特徴とする車両用灯具が提供される。
【０００８】
また、上記本発明に係る車両用灯具において、前記発光素子は、その出射面の法線が灯具前方に対して前記第１反射面側に傾いて配置されていてもよい。
さらに、上記本発明に係る車両用灯具において、前記第２反射面からの光が入射される付加レンズを備えていてもよい。
上記本発明に係る車両用灯具において、前記投影レンズ及び前記付加レンズが一体的であってもよい。
上記本発明に係る車両用灯具において、前記第１反射面は、前記発光素子からの出射光を前記投影レンズの光軸と交差する方向に反射してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る車両用灯具によれば、発光素子からの出射光のうち、直接投影レンズに入射しない光も、第１反射面及び第２反射面により車両用灯具前方に出射されるので、光の利用効率を高めることができる。また、第１反射面及び第２反射面を介して光を灯具前方に出射する構成なので、第１反射面及び第２反射面を様々な形状や配置とすることにより、様々な配光パターンを実現することができる。そのうえ、向上した光の利用効率および様々な配光パターンを形成可能な車両用灯具を、投影レンズの後方焦点近傍に発光素子が配置されたコンパクトな車両用灯具で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用灯具の斜視図である。
【図２】図１に示す車両用灯具の側断面図である。
【図３】図１に示す車両用灯具の正面図である。
【図４】図１に示す車両用灯具の上面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る車両用灯具の上面図である。
【図６】（ａ）は第１実施形態に係る車両用灯具が形成する配光パターンを示す模式図であり、（ｂ）は第２実施形態に係る車両用灯具が形成する配光パターンを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る車両用灯具を、図１〜４，６を参照して説明する。
【００１２】
（全体構造）
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用灯具の斜視図である。第１実施形態の車両用灯具は左右対称形状であり、図示せぬランプボディと前面カバーとから形成される灯室内に、灯具前方に配置された凸状の投影レンズ１０と、光源としての発光素子２０と、発光素子２０近傍に設けられた第１リフレクタ（第１反射面）３０と、第１リフレクタ３０に向かい合うように設けられた第２リフレクタ（第２反射面）４０と、付加レンズ５０とを備えている。
【００１３】
この車両用灯具において、発光素子２０から出射された光の一部は投影レンズ１０を介して車両前方に投影される。また、投影レンズ１０に入射しない光は、第１リフレクタ３０によって第２リフレクタ４０に向けて反射され、更に第２リフレクタ４０によって付加レンズ５０に入射され、付加レンズ５０から車両前方に投影される。以下に、図１から図４を参照して各部材の詳細を説明する。
【００１４】
図２は本実施形態の車両用灯具の側断面図である。発光素子２０はＬＥＤやＬＤ等からなる発光素子であり、図示するように、灯具の光軸Ａｘ上であって投影レンズ１０の後方焦線ｆ近傍に位置されている。この発光素子２０は、発光面の法線ｎが、灯具前方に対して第１リフレクタ３０側に傾いて取り付けられている。より詳細には、発光素子２０の法線ｎは投影レンズ１０の光軸Ａｘに対して角度θ上方に傾いた状態で、ベース２２に取り付けられている。このように発光面の法線ｎが光軸Ａｘから傾いているので、発光素子２０から出射した光の一部分Ｌ１が、発光素子２０の前方に配置された投影レンズ１０に入射する。
【００１５】
凸状の投影レンズ１０は、その光軸が灯具の光軸Ａｘと一致されて配置されている。また、この投影レンズ１０はその長手方向が光軸Ａｘと直交する方向（図１でいう左右方向）に延びた柱状の凸レンズであり、図２に示す断面において上下端よりも中央部が厚く、また、左右端よりも中央部が若干厚く形成されている。そのため、発光素子２０から上下方向に広がって凸状の投影レンズ１０に入射した光は集光して上下が反転して前方へ投影され、左右方向に広がって入射した光はやや中央寄りに集光されて前方に投影される（図４参照）。
【００１６】
また、図２に示すように発光素子２０の前方には、シェード２１が配置されている。このシェード２１は発光素子２０よりも光軸Ａｘの下方に設けられ、図３の正面図に示すように、その上端は配光パターンのカットオフラインに対応する形状に形成されている。なお、図３は本実施形態に係る車両用灯具の正面図であり、投影レンズ１０を省略して示している。このシェード２１はベース２２に対してネジなどの締結手段２３により固定されている。
【００１７】
このため、発光素子２０から下向きに投影レンズ１０に入射しようとする光はシェード２１により遮られ、投影レンズ１０は前方に上向きに投射される光を出射しないことになる。
【００１８】
発光素子２０の上方には、発光素子２０からの出射光を第２リフレクタ４０に向けて反射させる第１リフレクタ３０が、発光素子２０の発光面を覆うように設けられている。この第１リフレクタ３０の反射面は、第１焦点ｆ１が発光素子２０近傍に位置し、第２焦点ｆ２が第２リフレクタ４０近傍に位置する、回転楕円面に形成されている。したがって第１リフレクタ３０は、第１焦点ｆ１近傍に位置する発光素子２０から放射状に広がった光を、投影レンズ１０の光軸と交差する方向の第２焦点ｆ２に向かって集光するように反射させる。
【００１９】
また図２に示すように、この第１リフレクタ３０の灯具前方側の端部３１は投影レンズ１０の近傍まで延出されている。したがって、図２の面内において発光素子２０から出射した光は第１リフレクタ３０か投影レンズ１０のいずれか一方に入射するようにされ、発光素子２０からの光を漏れなく利用できるようにされている。よって光の利用効率が向上され、明るい配光パターンを照射できる車両用灯具が提供される。
【００２０】
なお、第１リフレクタ３０は、発光素子２０から放射状に広がる光のうち光軸Ａｘを含む面以外に広がる光を有効に利用するために、その光軸Ａｘから離間する側の端部３２を第２リフレクタ４０まで延ばして大きな反射面積を確保することが望ましい。このような構成により、光の利用効率を更に高めることができる。
【００２１】
第２リフレクタ４０は、上述したように第１リフレクタ３０の第２焦点ｆ２近傍に配置され、平面状の反射面を備えている。第１リフレクタ３０によって第２焦点ｆ２に向かって集光された光は、第２リフレクタ４０により車両用灯具の前方に向かって反射される。
【００２２】
図３に示すように、第２リフレクタ４０は光軸Ａｘから離間した、発光素子２０の側方に配置されている。したがって、第２リフレクタ４０は発光素子２０から投影レンズ１０に入射する光を遮ることがなく、投影レンズ１０による第１配光パターンＰ１の形成を第２リフレクタ４０が邪魔することがない。
【００２３】
図４は図１に示した車両用灯具の上面図である。図４に示すように、第２リフレクタ４０により前方に反射された光は、第２リフレクタ４０の前方に配置された付加レンズ５０に入射される。この付加レンズ５０は後方焦点が第２リフレクタ４０近傍に位置する凸レンズであり、第２リフレクタ４０から反射された光を車両用灯具の前方に拡散させて出射する。
【００２４】
この付加レンズ５０は図示のように投影レンズ１０と一体的に形成してもよい。付加レンズ５０を投影レンズ１０と一体成型すれば、灯具の前面に配置されるレンズが連続し、一体感のある意匠性に優れた車両用灯具を提供することができる。
【００２５】
（作用）
以下、上述のように構成される車両用灯具の光の経路及び形成される配光パターンを図４及び図６（ａ）を用いて説明する。なお、図６（ａ）は、本実施形態に係る車両用灯具の照射光により、２５ｍ前方に位置する仮想的鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを透視的に示す模式図である。図中、Ｖは垂直方向、Ｈは水平方向を示す。
【００２６】
まず、発光素子２０から出射した光のうち、投影レンズ１０に直接入射した光Ｌ１は、その上下方向は集光されて反転して出射され、左右方向はやや中央寄りに集光されて投影レンズ１０から出射され、灯具前方に第１配光パターンＰ１を形成する。この第１配光パターンＰ１は、カットオフラインを備えた配光パターンである。
【００２７】
一方、発光素子２０から第１リフレクタ３０に入射した光Ｌ２は、第２リフレクタ４０に向けて反射され、第２リフレクタ４０により付加レンズ５０に入射され、更に付加レンズ５０により拡散されて、灯具前方に第２配光パターンＰ２を形成する。この第２配光パターンＰ２は、第１配光パターンＰ１よりも上下及び左右の広範囲の領域が照射される配光パターンである。
【００２８】
したがって、本実施形態に係る車両用灯具によれば、図６（ａ）に示す第１，２配光パターンＰ１，Ｐ２が重ねあわされた、ロービームの照射に適した車両用灯具を提供することができる。
【００２９】
ここで、投影レンズ１０に入射しない光、特に発光素子２０の法線ｎから大きく外れた領域に出射される光は、従来は利用されてこなかった光である。ところが、本実施形態に係る車両用灯具においては、この従来利用されてこなかった光を第２配光パターンＰ２の形成に利用しているので、光の利用効率が向上されている。したがって、同一の発光素子２０を用いた場合でも、灯具から出射される光量を大きくすることができ、明るい車両用灯具を提供できる。
【００３０】
なお、上述の説明では、シェード２１をベース２２に固定する構成として説明したが、回転シェードなどを採用し、異なるカットオフラインを有する複数の配光パターンを一つの車両用灯具で形成できるように構成したり、シェード２１を設けない構成としてもよい。
【００３１】
（第２実施形態）
上述の第１実施形態においては、第１リフレクタ３０、第２リフレクタ４０及び付加レンズ５０とをそれぞれ別体の部材として構成した例を挙げたが、本発明はこの実施形態に限られない。例えば、以下の第２実施形態に詳述するように、導光体１００を用いて、第１リフレクタ３０、第２リフレクタ４０及び付加レンズ５０に相当する部材を一体的に構成してもよい。
【００３２】
なお、上述の実施形態ではロービームに適したカットオフラインを備えた配光パターンを形成する車両用灯具を例に挙げたが、以下の第２実施形態ではハイビームに適した配光パターンを形成する車両用灯具を例に挙げて説明する。以下、図５を参照して本発明の第２実施形態に係る車両用灯具を説明する。
【００３３】
図５は本発明の第２実施形態に係る車両用灯具の上面図である。なお、以下の説明においては、主に上述の実施形態とは異なる部分のみを説明し、同様の部材には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３４】
第２実施形態に係る車両用灯具おいては、上述の第１実施形態における第１リフレクタ３０、第２リフレクタ４０及び付加レンズ５０に相当する部材が導光体１００として一体成形されている。導光体１００は透明樹脂からなる部材であり、第１反射面１３０及び第２反射面１４０を備えている。本第２実施形態の第１反射面１３０及び第２反射面１４０はそれぞれ、上述した実施形態の第１リフレクタ３０及び第２リフレクタ４０に相当する。
【００３５】
また、本実施形態においては、発光素子２０の前方には、後方焦点ｆ３が発光素子２０と略一致するように設けられた凸レンズ（投影レンズ）１１０が配置され、発光素子２０から凸レンズ１１０に入射した光Ｌ３は略平行光として灯具前方に出射するように構成される。なお、上述の第１実施形態とは異なり、第２実施形態に係る車両用灯具には、シェード２１は設けられていない。
【００３６】
また、第１反射面１３０は焦点ｆ４近傍に発光素子２０が位置する回転放物面として形成され、放物面の軸上に平面の第２反射面１４０が形成されている。また、付加レンズ１５０は長手方向が車両用灯具の上下方向（図５の紙面垂直方向）に延在するシリンドリカルレンズとして形成されている。
【００３７】
以上のように構成される本発明の第２実施形態に係る車両用灯具によって形成される配光パターンを、図６（ｂ）を参照して説明する。なお、図６（ｂ）は第２実施形態に係る車両用灯具が形成する配光パターンを示す図６（ａ）と同様の図である。
【００３８】
発光素子２０から放射状に出射した光のうち、凸レンズ１１０に入射した光Ｌ３は略平行光として灯具前方に出射され、比較的狭い領域を照らす第３配光パターンＰ３が形成される。
【００３９】
一方、発光素子２０から出射された光で凸レンズ１１０に入射しない光のうち、少なくとも一部の光Ｌ４は回転放物面の第１反射面１４０により平行光として第２反射面１４０に向けて反射される。第２反射面１４０により付加レンズ１５０に入射された平行光は、シリンドリカルレンズである付加レンズ１５０により上下方向は出射方向が変化せずにそのまま投射され、左右方向に拡散されて、第４配光パターンＰ４が灯具前方に形成される。
【００４０】
このように、第２実施形態に係る車両用灯具においても、従来利用されていなかった、凸レンズ１１０に直接入射しない光を、第１反射面１３０及び第２反射面１４０及び付加レンズ１５０により第２配光パターンＰ４として灯具前方に形成することができる。したがって、光の利用効率を向上させ明るい車両用灯具を得ることができる。
【００４１】
しかも、本第２実施形態に係る車両用灯具によれば、第１反射面１３０、第２反射面１４０及び付加レンズ１５０が一体成型されるため、これらの部材間の位置決め精度が向上する。また、車両走行時の振動によっても、部材間の相対位置がずれることがなく、安定して所望の配光パターンを形成することができる。
【００４２】
以上の本発明の第１実施形態及び第２実施形態に係る車両用灯具によれば、従来では利用されてこなかった光を第１リフレクタ３０（第１反射面１３０）及び第２リフレクタ４０（第２反射面１４０）により車両用灯具前方に出射させるので、光の利用効率が向上し明るい車両用灯具を提供することができる。さらに、第１リフレクタ３０（第１反射面１３０）及び第２リフレクタ４０（第２反射面１４０）の形状や配置を工夫することにより、様々な特性の配光パターンを提供することができる。そのうえ、以上の特徴を備えた車両用灯具を、投影レンズ１０，１１０の後方焦点近傍に発光素子２０を配置したコンパクトな構造の車両用灯具で実現することができる。
【００４３】
なお、本発明を第１実施形態及び第２実施形態を例に挙げて説明したが、本発明は上述の第１実施形態及び第２実施形態に限定されない。
【００４４】
まず、様々な特性の配光パターンを得るためには、以下のような変形例が考えられる。
【００４５】
例えば、第１リフレクタ３０、第１反射面１３０、第２リフレクタ４０、第２反射面１４０の形状は上述した第１，２実施形態に限られない。これらの反射面を、回転楕円面、回転放物面、回転双曲面、平面、あるいは自由曲面に形成してもよい。
【００４６】
また、これら反射面の数は特に限定されない。上述の第１，２実施形態においては発光素子２０の上方を覆うように第１リフレクタ３０及び第１反射面１３０を設けたが、一対の第１リフレクタ３０により発光素子２０を上下から挟むように配置し、一対の第１リフレクタ３０からの反射光を単一あるいは複数の第２リフレクタ４０に入射させるように構成してもよい。また、第２リフレクタ４０または第２反射面１４０が複数の反射面を備えることにより、灯具前方の複数箇所を照射できるように構成してもよい。
【００４７】
また、投影レンズ１０，１１０や付加レンズ５０，１５０の形状を、シリンドリカルレンズ、凸レンズ、凹レンズ等の様々な形状のレンズに変更することにより、様々に配光パターンを実現することもできる。
【００４８】
更に、発光素子２０の光軸Ａｘに対する傾き角θを変更することによっても、配光パターンを変化させることができる。発光素子２０から出射する光のうち、発光素子２０の法線ｎ方向に向かう光の強度が最も大きい。そこで、発光素子２０の光軸Ａｘからの傾き角θを適宜調節することにより、強度の大きい光を発光素子２０の前方に設けられた投影レンズ１０，１１０あるいは第１リフレクタ３０（または第１反射面１３０）のいずれに優先的に照射するかを設定し、様々な配光パターンを形成することもできる。たとえば、上記第１実施形態において、第１配光パターンＰ１の照度を上げたい場合には、傾き角θを小さく設定すればよい。
【００４９】
また、投影レンズの後方焦点近傍に発光素子が配置された構造の従来の車両用灯具によれば、いずれも似たような特性の配光パターンが形成されてしまっていたところ、本発明に係る車両用灯具によれば、上述のように第１，２リフレクタ３０，４０（第１，２反射面１３０，１４０）を設け、この形状や配置を様々に変更すること等により、多様な配光パターンを照射する車両用灯具を実現することができる。
【００５０】
また、投影レンズの後方焦点近傍に発光素子が配置された構造の従来の車両用灯具によれば、どれも似たような外観意匠になりがちであったところ、本発明に係る車両用灯具によれば、例えば様々な優れた外観意匠の車両用灯具を提供することができる。
【００５１】
例えば、上述の第１実施形態及び第２実施形態では車両用灯具は左右対称形状として説明したが、左右非対称の形状としてもよい。例えば車両用前照灯として、車両中央側の部位と端部側の部位とで第１リフレクタ３０（または第１反射面１３０）、第２リフレクタ４０（又は第２反射面１４０）、付加レンズ５０，１５０の形状が異なるように構成し、意匠性に優れた車両用灯具を提供することができる。
【００５２】
特に、本実施形態に係る車両用灯具は、投影レンズ１０，１１０と発光素子２０との距離が短い光学系であることから、車両のコーナー部のような狭くて屈曲した空間に配置することができる。この時、第１リフレクタ３０（第１反射面１３０）を車両用灯具の側方から後方向きに配置し、第２リフレクタ４０（第２反射面１４０）を第１リフレクタ３０（第１反射面１３０）よりも後方に配置することで、車両のコーナー部に沿った形状の意匠性に優れた車両用灯具とすることができる。
【００５３】
また、第１リフレクタ３０（第１反射面１３０）の形状を工夫し、例えば第１リフレクタ３０の第２焦点ｆ２の位置を発光素子２０から離間した位置に設定することにより、第２リフレクタ４０（第２反射面１４０）と発光素子２０との離間距離を自在に設定することができる。このため、車両用灯具を車幅方向に長い形状に形成することができるため、近年要請の高まっている車幅方向に細長い意匠性の高い車両用灯具を提供することができる。
【００５４】
以上のような変形例に加えて、第１実施形態ではロービームに適した配光パターンを形成する車両用灯具、第２実施形態ではハイビームに適した配光パターンを形成する車両用灯具を挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、第２実施形態に係る車両用灯具において、付加レンズ１５０を光を屈折させずに素通しさせる部材、あるいは付加レンズ１５０を設けなければ、第２反射面１４０から平行光を直接前方に投射することができ、フォグランプに適した車両用灯具とすることができる。
【００５５】
また、本実施形態に係る車両用灯具は４輪の自動車に適用することもできるし、３輪や２輪の自動車にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０：投影レンズ、２０：発光素子、２１：遮光部材、２２：ベース、３０：第１リフレクタ、４０：第２リフレクタ、５０：付加レンズ、１００：導光体、１１０：凸レンズ（投影レンズ）、１３０：第１反射面、１４０：第２反射面、１５０：付加レンズ、Ｐ１：第１配光パターン、Ｐ２：第２配光パターン、Ｐ３：第３配光パターン、Ｐ４：第４配光パターン、ｆ：焦線、ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４：焦点
【図１】
2013026119.tif 000003
【図２】
2013026119.tif 000004
【図３】
2013026119.tif 000005
【図４】
2013026119.tif 000006
【図５】
2013026119.tif 000007
【図６】
2013026119.tif 000008