(57)【要約】【課題】本発明は、光源の光を導光部材によってロスなく光放射位置まで導けるようにして、光源の消費電力を低減させることである。【解決手段】本発明は、光源４３と、光源４３の光を軸方向における端面４３ｅから光放射部まで導けるように構成された導光部材３２とを備える車両のランプユニットであって、導光部材３２の外周面３４ｒは、光放射部を除き、前記導光部材３２内を通る光Ｌが導光部材３２の周囲の物質（空気）と導光部材３２の外周面３４ｒとの境界面Ｓに入射するときの入射角θｙ１，θｙ２が臨界角以上になる形状に成形されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源の光を軸方向における端面から光放射部まで導けるように構成された導光部材とを備える車両のランプユニットであって、
前記導光部材の外周面は、前記光放射部を除き、前記導光部材内を通る光が前記導光部材の周囲の物質と前記導光部材の外周面との境界面に入射するときの入射角が臨界角以上になる形状に成形されている車両のランプユニット。
【請求項２】
請求項１に記載された車両のランプユニットであって、
前記導光部材は棒状に形成されて、前記導光部材の周囲の物質である空気と前記導光部材の外周面との境界面に入射する光の入射角が80°以上となるように、前記導光部材の外周面の形状が設定されている車両のランプユニット。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載された車両のランプユニットであって、
前記光源の光が入射される前記導光部材の端面は、前記光源に対して凹む凹球面状に成形されている車両のランプユニット。
【請求項４】
請求項３に記載された車両のランプユニットであって、
前記導光部材の端面は、前記光源の光の入射角が15°を超えないように形成されている車両のランプユニット。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載された車両のランプユニットであって、
前記導光部材の外径寸法は、前記凹球面状の端面から軸方向に離れるにつれて規定寸法から増加し、最大外径寸法に到達すると、さらに軸方向に離れるにつれて減少して前記規定寸法まで戻る車両のランプユニット。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載された車両のランプユニットであって、
前記導光部材は、透明体で外部から見える位置に保持されている車両のランプユニット。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載された車両のランプユニットであって、
前記導光部材は、ポリカーボネイトにより成形されている車両のランプユニット。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載された車両のランプユニットであって、
前記光源は、発光ダイオードであり、前記導光部材の一端側で、前記導光部材と同軸に設置されている車両のランプユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源と、前記光源の光を軸方向における端面から光放射部まで導けるように構成された棒状の導光部材とを備える車両のランプユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
光源の光を導光部材の端面から光放射部まで導く技術が図８に記載されている。図８に示す光源１０２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、電気回路基板に取付けられた状態で、導光部材１００の一端側に同軸に配置されている。導光部材１００は、透明なポリカーボネイト等の樹脂により円柱形に成形されている。上記構成により、前記導光部材１００の一端面１００ｅから入射した光源１０２の光は、導光部材１００の外周面と空気との境界面１０１で全反射を繰り返しながら前記導光部材１００の内部を通過して他端方向の光放射部まで導かれる。
【０００３】
一般的に、光源１０２（ＬＥＤ）からの光の照射角度（２×α）は、約120°であり、光源１０２から光は、−α（＝約60°）〜0°〜＋α（＝約60°）の範囲で照射される。ここで、導光部材１００の一端面１００ｅは、軸心に対して直角に形成されているため、例えば、光源１０２から角度αで照射された光は、導光部材１００の一端面１００ｅに対して入射角αで入射される。
【０００４】
図９には、導光部材１００の一端面１００ｅに対する光源１０２の光の入射角αと光の反射率（％）との関係が示されている。図に示すように、入射角αが60°の場合、光の反射率は約２０％となる。即ち、光源１０２から導光部材１００の一端面１００ｅに照射された光のうちで、反射した光Ｌ０は導光部材１００に入射されないためロスとなる。前記光の反射率（％）は、入射角αが増加するほど大きくなる。
【０００５】
特許文献１に記載された技術は、導光部材（光ファイバー）の一端面を凹球面状に成形することで、光のロスを抑制している。即ち、導光部材の一端面を凹球面状に成形することで、一端面を導光部材の軸心に対して直角に形成する場合と比較して、導光部材の一端面に対する光源の光の入射角αを小さく抑えることができる。これにより、前記光の反射率が低減し、光源の光が導光部材に入射する際の光のロスを抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００４−５１７３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された技術では、導光部材（光ファイバー）の外周面を非透明な被覆材により被覆することで、光ファイバーの外周面からの光の漏れを防止している。しかし、車両のランプユニット等で使用される導光部材は、前記ランプユニットの意匠を構成しているため、前記導光部材の外周面を被覆しないのが一般的である。このため、図８に示すように、前記導光部材１００の内部を通ってその導光部材１００の外周面と空気との境界面１０１に入射する光の一部が外に漏れることがある。特に、導光部材１００の一端面１００ｅの近傍では、前記導光部材１００の外周面と空気との境界面１０１に入射する光の入射角αｅが臨界角よりも小さくなる割合が高くなる。このため、前記光の一部が境界面１０１で全反射しなくなり、それらの光Ｌ０が導光部材１００の外周面から外に漏れ出るようになる。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、光源の光を導光部材によってロスなく光放射位置まで導けるようにして、光源の消費電力を低減させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。請求項１の発明は、光源と、前記光源の光を軸方向における端面から光放射部まで導けるように構成された導光部材とを備える車両のランプユニットであって、前記導光部材の外周面は、前記光放射部を除き、前記導光部材内を通る光が前記導光部材の周囲の物質と前記導光部材の外周面との境界面に入射するときの入射角が臨界角以上になる形状に成形されている。
【００１０】
本発明によると、導光部材の外周面は、光放射部を除き、前記導光部材内を通る光が前記導光部材の周囲の物質と前記導光部材の外周面との境界面に入射するときの入射角が臨界角以上になる形状に成形されている。このため、導光部材内を通る光が前記境界面に入射してもその入射光は前記境界面で全反射して外部に漏れ出ることがない。したがって、光源の光をロスなく光放射部まで導くことができる。これにより、光源の消費電力を低減させることができる。
【００１１】
請求項２の発明によると、導光部材は棒状に形成されて、前記導光部材の周囲の物質である空気と前記導光部材の外周面との境界面に入射する光の入射角が80°以上となるように、前記導光部材の外周面の形状が設定されている。このため、前記境界面で光が全反射し易くなり、導光部材の外周面から漏れる光が減少する。
【００１２】
請求項３の発明によると、光源の光が入射する導光部材の端面は、前記光源に対して凹む凹球面状に成形されている。このため、導光部材の端面に対する光源の光の入射角を小さくすることができる。これにより、導光部材の端面での光の反射率が低減し、光源の光が導光部材に入射する際の光のロスを抑えることができる。
【００１３】
請求項４の発明によると、導光部材の端面は、前記光源の光の入射角が15°を超えないように形成されている。
【００１４】
請求項５の発明によると、導光部材の外径寸法は、凹球面状の端面から軸方向に離れるにつれて規定寸法から増加し、最大外径寸法に到達すると、さらに軸方向に離れるにつれて減少して前記規定寸法まで戻る。
【００１５】
請求項６の発明によると、導光部材は、透明体で外部から見える位置に保持されている。このため、導光部材の色等を変える等して、意匠の多様性を確保できる。
【００１６】
請求項７の発明によると、導光部材は、ポリカーボネイトにより成形されている。このため、導光部材を射出成形により様々な形状に成形可能になる。
【００１７】
請求項８の発明によると、光源は、発光ダイオードであり、導光部材の一端側で、前記導光部材と同軸に設置されている。このため、導光部材に対する光源の入射効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、光源の光をロスなく予め決められた位置まで導くことができるようになり、光源の消費電力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態１に係る車両のヘッドランプユニットを表わす全体斜視図である。
【図２】前記ヘッドランプユニットに使用されるクリアランス発光部を表わす全体斜視図である。
【図３】前記クリアランス発光部を構成する導光部材を表す斜視図である。
【図４】前記クリアランス発光部の導光部材と光源との関係を表わす側面図である。
【図５】前記導光部材の入光面に対して光源の光が入射される様子を表す側面図である。
【図６】前記導光部材の外周面と空気との境界面に対して導光部材内から光が入射される様子を表す側面図である。
【図７】円柱形の導光部材における入光面の光量を100％としたときに、本実施形態に係る導光部材の入光面から所定寸法離れた位置を通過する光量（％）を表わすグラフである。
【図８】従来の導光部材と光源との関係を表わす側面図である。
【図９】光の照射角度（入射角度）と光の反射率との関係を表わすグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［実施形態１］
以下、図１から図７に基づいて本発明の実施形態１に係る車両のランプユニットについて説明する。本実施形態に係る車両のランプユニットは、乗用車１０のヘッドランプユニット２０である。ここで、図１に示す前後左右、及び上下は、ヘッドランプユニット２０を備える乗用車１０の前後左右、及び上下に対応している。
【００２１】
＜ヘッドランプユニット２０の概要について＞
ヘッドランプユニット２０は、左右一対で使用されるランプユニットであり、左右対称、かつ等しい構造で製造されている。ヘッドランプユニット２０は、図１に示すように、乗用車１０の前面に取付けられている。ヘッドランプユニット２０は、ランプハウジング（図示省略）と、前記ランプハウジングの前面を覆うアウターレンズ２４とにより密閉容器状に形成されている。前記ランプハウジング内には反射板であるエクステンション２２が設けられており、前記エクステンション２２にヘッドランプ本体２５、及び方向支持ランプ２６等が支持されている。さらに、エクステンション２２の上部には、水平方向に延びるクリアランス発光部３０が設けられている。
【００２２】
＜クリアランス発光部３０について＞
クリアランス発光部３０は、ヘッドランプユニット２０の上部を、例えば、ライン状に発光させる部分であり、図２に示すように、光源装置４０と導光部材３２とを備えている。光源装置４０は、図４、図５等に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる光源４３と、光源４３に電力を供給する電気回路がプリントされた回路基板４５とを備えている。ここで、光源４３は点光源に近い状態で光を照射できるように構成されており、光源４３の光の照射角度は、図５等に示すように、２×α（α＝約60°）に設定されている。クリアランス発光部３０の光源装置４０は、ヘッドランプユニット２０のランプハウジング内でエクステンション２２の裏側に配置されている。
【００２３】
＜導光部材３２について＞
導光部材３２は、図１、図２等に示すように、光源装置４０の光源４３の光をヘッドランプユニット２０のエクステンション２２の表側まで導く透明な棒状体である。導光部材３２には、図３、図４に示すように、光源４３に近い側から順番に、拡開部３４、連結軸部３６、光放射部３７が設けられている。導光部材３２の拡開部３４は略卵形に成形されており、前記拡開部３４の軸方向における端部に光源４３の光が入射される入光面３４ｅが形成されている。前記拡開部３４は、エクステンション２２の裏側に配置されている。導光部材３２の連結軸部３６は、拡開部３４と光放射部３７とをつなぐ軸部であり、緩やかに湾曲した状態でエクステンション２２の裏側から表側まで延びている。導光部材３２の光放射部３７は、光を前方に乱反射させる部分であり、エクステンション２２の表側に配置されている。導光部材３２は、図４、図５等に示すように、拡開部３４の軸心Ｃが光源装置４０の光源４３の中心ＯＬと一致するように設置されている。
【００２４】
導光部材３２の入光面３４ｅと連結軸部３６と光放射部３７との外径寸法は、図３、図４に示すように、同一であり、規定寸法Ｒ０（Ｒ０＝6mm）に設定されている。また、導光部材３２の拡開部３４の最大外径寸法Ｒ１は9mmに設定されている。即ち、導光部材３２の拡開部３４の外径寸法は、入光面３４ｅから軸方向に離れるにつれて規定寸法Ｒ０から増加し、最大外径寸法Ｒ１に到達すると、さらに軸方向に離れるにつれて減少して前記規定寸法Ｒ０まで戻るようになる。
【００２５】
導光部材３２は、ポリカーボネイト樹脂によって透明に形成されており、全長寸法は約300mmに設定されている。導光部材３２における拡開部３４の入光面３４ｅの外周縁から最大外径寸法Ｒ１の部位までの軸方向における寸法Ｘ２（図４参照）は5mmに設定されている。拡開部３４の最大外径寸法Ｒ１の部位から規定寸法Ｒ０に戻る部位までの軸方向における寸法Ｘ３は15mmに設定されている。即ち、拡開部３４の外径寸法が規定寸法Ｒ０から増加して最大外径寸法Ｒ１に到達し、さらに最大外径寸法Ｒ１から減少して前記規定寸法Ｒ０にまで戻る外形寸法の徐変区間（Ｘ２+Ｘ３）は20mmに設定されている。また、光源４３から導光部材３２（拡開部３４）の入光面３４ｅの外周縁までの軸方向における距離Ｘ１は、1mmに設定されている。さらに、入光面３４ｅの外周縁を構成する拡開部３４の端部Ｔ（図５参照）の接線と前記拡開部３４の軸心Ｃとの成す角θｓは、28°に設定されている。
【００２６】
導光部材３２の拡開部３４の入光面３４ｅは、図３〜図５に示すように、凹球面状に形成されており、前記入光面３４ｅを構成する凹球面の曲率中心Ｏが拡開部３４の軸心Ｃの延長線上位置で光源４３の中心ＯＬよりも後方に位置決めされている。このため、前記曲率中心Ｏを通る直線であって入光面３４ｅと交差する直線（図５の点線）は、入光面３４ｅに対して直角になる。したがって、導光部材３２の入光面３４ｅに対する光源４３の光Ｌの入射角θｅは、光Ｌの入射位置Ｅと光源４３の中心ＯＬとを通る直線と、前記光Ｌの入射位置Ｅと曲率中心Ｏを通る基準線Ｈ（点線）との成す角に等しくなる。このため、入光面３４ｅが導光部材３２の軸心Ｃに対して直角に形成されている場合と比較して、光Ｌの入射角θｅを小さく抑えることができる。ここで、本実施形態では、入光面３４ｅ（凹球面）の曲率半径は、光Ｌの入射角θｅが15°を超えないような値に設定されている。なお、図５におけるθｘは、光の入射角θｅに対する屈折角を表わしている。即ち、入光面３４ｅが本発明の導光部材における端面に相当する。
【００２７】
導光部材３２の入光面３４ｅから入射された光は、図６に示すように、拡開部３４の外周面３４ｒと空気との境界面Ｓに入射する。ここで、拡開部３４の外周面３４ｒは、図６に示すように、境界面Ｓに対する光Ｌの入射角θｙ１，θｙ２が臨界角以上になる形状に成形されている。前述のように、導光部材３２の拡開部３４の外径寸法は、最大外径寸法Ｒ１の部位より光源４３側では、入光面３４ｅから軸方向に離れるにつれて規定寸法Ｒ０から増加している。このため、拡開部３４の外周面３４ｒに対して直角な基準線Ｈ（点線）と軸心Ｃとの交差角βは直角より小さくなる。即ち、最大外径寸法Ｒ１の部位より光源４３側の拡開部３４では、基準線Ｈ（点線）は光源４３側に傾斜している。
【００２８】
そして、図６に示すように、前記基準線Ｈ（点線）と光Ｌとの成す角が入射角θｙ１となる。このため、前記基準線Ｈ（点線）と軸心Ｃとの交差角βが直角より小さくなると、基準線Ｈ（点線）が軸心Ｃに直角な場合（図８参照）と比較して、境界面Ｓに対する光Ｌの入射角θｙ１が大きくなる。これにより、光Ｌの入射角θｙ１を臨界角以上にできるようになる。
【００２９】
これに対し、最大外径寸法Ｒ１の部位よりも連結軸部３６側では、導光部材３２の拡開部３４の外径寸法は入光面３４ｅから軸方向に離れるにつれて規定寸法Ｒ０まで減少する。このため、図６の右側に示すように、拡開部３４の外周面３４ｒに対して直角な基準線Ｈ（点線）と軸心Ｃとの交差角βは直角より若干大きくなる。このため、前記基準線Ｈ（点線）が軸心Ｃに直角な場合と比較して、境界面Ｓに対する光Ｌの入射角θｙ２は小さくなる。しかし、導光部材３２の拡開部３４において最大外径寸法Ｒ１の部位よりも連結軸部３６側では、光源４３の中心ＯＬから前記境界面Ｓまでの距離が大きくなる。
【００３０】
このため、光Ｌの入射角θｙ２は臨界角よりも十分に大きな値になり、前記基準線Ｈ（点線）と軸心Ｃとの交差角βが直角より大きくなることによる影響は生じない。本実施形態では、導光部材３２の拡開部３４の外周面３４ｒは、境界面Ｓに対する光Ｌの入射角θｙ１，θｙ２が80°以上になる形状に成形されている。また、導光部材３２の連結軸部３６は、規定寸法Ｒ０で円柱形に形成されている。しかし、連結軸部３６は、拡開部３４と比べて光源４３の中心ＯＬから十分に離れているため、境界面Ｓに対する光Ｌの入射角θｙ１，θｙ２は臨界角よりも大きな値になる。このため、連結軸部３６の外周面を拡開させる必要性はない。
【００３１】
＜クリアランス発光部３０の動作について＞
ヘッドランプユニット２０に電力が供給されると、クリアランス発光部３０の光源装置４０の光源４３が点灯する。光源４３が点灯すると、図５に示すように、光源４３から導光部材３２の入光面３４ｅに対して光Ｌが照射角度２α（α＝約60°）の範囲で照射される。光源４３から導光部材３２の入光面３４ｅに照射された光Ｌは、導光部材３２の入光面３４ｅに対して入射角θｅが15°を超えない状態で照射される。このため、導光部材３２の入光面３４ｅにおける光の反射率を小さく抑えることができる。また、導光部材３２の入光面３４ｅから入射した光は、図６に示すように、拡開部３４の外周面３４ｒと空気との境界面Ｓに入射する。前述のように、拡開部３４の外周面３４ｒは境界面Ｓに対する光Ｌの入射角θｙ１，θｙ２が臨界角以上（80°以上）になる形状に成形されている。このため、前記光Ｌは境界面Ｓで全反射して連結軸部３６、光放射部３７の方向に導かれる。そして、導光部材３２の拡開部３４と連結軸部３６との境界面Ｓで全反射を繰り返した光Ｌが光放射部３７に到達すると、光放射部３７で前方に乱反射させられる。
【００３２】
図７は、導光部材３２の入光面３４ｅの外周縁からの軸方向における寸法（mm）を横軸に表わしており、縦軸に前記寸法の位置を通過する光量（％）を表わしている。ここで、光量（％）は、同じ光源４３を使用したときの円柱形の導光部材における入光面を通過する光量を100％としたときの値を表わしている。特性Ｉは、本実施形態に係る導光部材３２の光量（％）を表わしており、特性ＩＩは、円柱形の導光部材における光量（％）を表わしている。図７の特性Ｉにおいて、測定点ＰＡ（Ｘ２）、即ち、入光面３４ｅの外周縁からの軸方向における寸法が5mmの位置は、導光部材３２の拡開部３４の最大外径寸法Ｒ１の部位（図４参照）であり、通過する光量（％）は106％となる。測定点ＰＢ、即ち、前記寸法が17mmの位置は、導光部材３２の拡開部３４と連結軸部３６との境界近傍の位置であり、通過する光量（％）は103％となる。測定点ＰＣ、即ち、前記寸法が27mmの位置は、導光部材３２の連結軸部３６の中央位置であり、通過する光量（％）は95％となる。このように、特性ＩＩに示す円柱形の導光部材と比較して光のロスが大幅に改善されている。
【００３３】
＜本実施形態に係るヘッドランプユニット２０の長所について＞
本実施形態に係るヘッドランプユニット２０によると、導光部材３２の外周面は、光放射部３７を除き、導光部材３２内を通る光Ｌが導光部材３２の外周面３４ｒと空気との境界面Ｓに入射するときの入射角θｙ１，θｙ２が臨界角以上になる形状に成形されている。このため、導光部材３２内を通る光Ｌが境界面Ｓに入射してもその入射光は境界面Ｓで全反射して外部に漏れ出ることがない。したがって、光源４３の光をロスなく光放射部３７まで導くことができる。これにより、光源４３の消費電力を低減させることができる。特に、入射角θｙ１，θｙ２が80°以上となるように、導光部材３２の外周面の形状が設定されているため、境界面Ｓで光が全反射し易くなり、導光部材３２の外周面３４ｒから漏れる光が減少する。
【００３４】
また、光源４３の光が入射する導光部材３２の入光面３４ｅは、凹球面状に成形されているため、入光面３４ｅに対する光源４３の光の入射角θｅを小さくすることができる（θｅ＜15°）。これにより、入光面３４ｅでの光の反射率が低減し、光源４３の光が導光部材３２に入射する際の光のロスを抑えることができる。また、導光部材３２は、透明体で外部から見える位置に保持されている。このため、導光部材３２の色等を変える等して、意匠の多様性を確保できる。さらに、導光部材３２は、ポリカーボネイトにより成形されているため、導光部材３２を射出成形により様々な形状に成形可能になる。
【００３５】
＜変更例＞
ここで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態に係るヘッドランプユニット２０では、導光部材３２の具体的な寸法を例示した。しかし、前記導光部材３２の具体的な寸法は適宜変更可能である。また、本実施形態では、導光部材３２の軸方向一端側に拡開部３４と入光面３４ｅとを設ける例を示した。しかし、導光部材３２の軸方向両側に入光面３４ｅと拡開部３４とを設け、端部を除く範囲に光放射部３７を設けることも可能である。また、本実施形態では、空気中に導光部材３２を配置する例を示したが、ガス中、あるいは油中に導光部材３２を配置することも可能である。この場合、前記ガス、あるいは油が本発明の物質に相当する。また、本実施形態では、ヘッドランプユニット２０に本発明を適用する例を示したが、バックライトユニット、あるいは室内灯等に本発明を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０・・・乗用車（車両）
２０・・・ヘッドランプユニット（ランプユニット）
３２・・・導光部材
３４ｅ・・入光面（導光部材の端面）
３４・・・拡開部
３４ｒ・・外周面
Ｓ・・・・境界面
Ｒ０・・・規定寸法
Ｒ１・・・最大外径寸法
３７・・・光放射部
４３・・・光源
Ｌ・・・・光
θｅ・・・入射角
θｙ１・・入射角
θｙ２・・入射角
【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】
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【図９】
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