(57)【要約】【課題】複数の光源による配光の光度ムラを抑制しつつ、より正確な配光制御を行う。【解決手段】車両用灯具１は、上下方向及び左右方向に沿って配列された複数のＬＥＤ素子２１と、複数のＬＥＤ素子２１の前方に配置され、当該複数のＬＥＤ素子２１から出射された光を前方へ投影する２つの投影レンズ３，４と、複数のＬＥＤ素子２１から２つの投影レンズ３，４の前方までの光路中に設けられ、複数のＬＥＤ素子２１による光源像を上下方向及び左右方向に広げる複数のプリズムを有するイメージシフター５とを備える。【選択図】図１
2017004661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正面視で前後方向と直交する所定の配列方向に沿って配列された複数の光源と、
前記複数の光源の前方に配置され、当該複数の光源から出射された光を前方へ投影する投影レンズと、
前記複数の光源から前記投影レンズの前方までの光路中に設けられ、前記複数の光源による光源像を前記配列方向に広げる複数のプリズムを有する光学レンズと、
を備えることを特徴とする車両用灯具。
【請求項２】
前記複数のプリズムは、前記配列方向と直交する方向に沿ってそれぞれ延在するとともに、前記配列方向に沿って並設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】
前記複数のプリズムは、その延在方向と直交する断面形状が三角形状にそれぞれ形成されるとともに、当該断面形状での底角が互いに異なる２種類のプリズムを含んで構成され、
前記２種類のプリズムは、前記底角の比率が３：１であることを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具。
【請求項４】
前記複数の光源は、互いに略直交する２つの配列方向に沿ってマトリクス状に配列され、
前記光学レンズは、前記２つの配列方向に対応する２組の前記複数のプリズムを前面及び後面に有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用灯具。
【請求項５】
前記投影レンズは、前後方向に沿って２つ並設され、
前記光学レンズは、２つの前記投影レンズの間に配置されていることを特徴とする請求項１〜４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、車両に搭載される車両用灯具に関し、特に、所定の方向に配列された複数の光源を備える車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載される車両用灯具として、発光ダイオードなどの複数の光源を配列して用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特に近年では、周囲の環境等に応じて配光を変化させる可変配光型のヘッドランプが普及しつつあり、この種の車両用灯具においては、個別に点灯制御可能な多数の発光ダイオードを用いる構成が一般的である。
【０００３】
ところで、複数の光源を配列させる場合、これらを隙間なく並べることは極めて難しい。そのため、単純に複数の光源を発光させた場合には、その発光範囲内に光源間の隙間による暗部ができてしまい、配光に光度ムラが生じてしまう。よって、このような車両用灯具をヘッドランプや信号灯として用いた場合には、運転者の視認性低下や運転状況の誤認識などにより、運転の安全性が損なわれるおそれがある。
【０００４】
そこで、例えば特許文献２に記載の車両用灯具では、基板上に配列された多数の半導体光源が光透過性のチップカバーで覆われるとともに、このチップカバー内に光散乱性や光変換性を有する添加材料が充填されている。これにより、各半導体光源からの光が添加材料によって拡散されて、配光の光度ムラが抑制されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２６６６２０号公報
【特許文献２】特表２００６−５２２４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載の車両用灯具では、添加材料による光の拡散を用いているため、その拡散程度を制御することが難しい。そのため、この車両用灯具を可変配光型のヘッドランプとして用いた場合に点灯状態の光源からの光が非点灯状態の光源の光路上に回り込んでしまうなどして、正確な配光制御が阻害されるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の光源による配光の光度ムラを抑制しつつ、より正確な配光制御を行うことができる車両用灯具の提供を目的とする。
【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、請求項１に記載の発明は、車両用灯具であって、
正面視で前後方向と直交する所定の配列方向に沿って配列された複数の光源と、
前記複数の光源の前方に配置され、当該複数の光源から出射された光を前方へ投影する投影レンズと、
前記複数の光源から前記投影レンズの前方までの光路中に設けられ、前記複数の光源による光源像を前記配列方向に広げる複数のプリズムを有する光学レンズと、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用灯具において、
前記複数のプリズムは、前記配列方向と直交する方向に沿ってそれぞれ延在するとともに、前記配列方向に沿って並設されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の車両用灯具において、
前記複数のプリズムは、その延在方向と直交する断面形状が三角形状にそれぞれ形成されるとともに、当該断面形状での底角が互いに異なる２種類のプリズムを含んで構成され、
前記２種類のプリズムは、前記底角の比率が３：１であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用灯具において、
前記複数の光源は、互いに略直交する２つの配列方向に沿ってマトリクス状に配列され、
前記光学レンズは、前記２つの配列方向に対応する２組の前記複数のプリズムを前面及び後面に有していることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用灯具において、
前記投影レンズは、前後方向に沿って２つ並設され、
前記光学レンズは、２つの前記投影レンズの間に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の光源による光源像が、光学レンズに形成された複数のプリズムによって当該複数の光源の配列方向に広げられる。
これにより、複数の光源間の隙間に対応した暗部が緩和され、ひいては配光の光度ムラが抑制される。また、プリズムの形状や配列を適宜調整することによって、より正確な配光制御を行うことができる。
したがって、複数の光源による配光の光度ムラを抑制しつつ、より正確な配光制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態及びその変形例での車両用灯具の要部を示す側断面図である。
【図２】ＬＥＤアレイの斜視図である。
【図３】実施形態でのイメージシフターを説明するための図である。
【図４】イメージシフターが単純平板である場合における実施形態での車両用灯具が形成する投影像の光度分布を示す図である。
【図５】実施形態での車両用灯具による投影像の光度分布を示す図である。
【図６】実施形態の変形例でのイメージシフターを説明するための図である。
【図７】実施形態の変形例での車両用灯具による投影像の光度分布を示す図である。
【図８】２種類のプリズムの底角の比率が３：１のときに形成される投影像を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態における車両用灯具１の要部を示す側断面図であり、図２は、車両用灯具１が備えるＬＥＤアレイ２の斜視図である。また、図３は、車両用灯具１が備えるイメージシフター５を説明するための図であって、（ａ）が斜め後方から見た斜視図であり、（ｂ）が斜め前方から見た斜視図であり、（ｃ）がイメージシフター５に形成されたプリズムを説明するための断面図である。なお、図３（ｃ）では、幅に対する高さの比率を実際よりも大きくしてプリズムを図示している。
【００１７】
車両用灯具１は、図示しない車両に搭載されるものであり、本実施形態においては、車両前部に搭載されるヘッドランプである。
具体的には、図１に示すように、車両用灯具１は、ＬＥＤ（発光ダイオード）アレイ２と、２つの投影レンズ３，４と、イメージシフター５とを備えており、これら光学部材が、前後方向に沿った光軸Ｘ上に配列されて構成されている。
【００１８】
このうち、ＬＥＤアレイ２は、図２に示すように、複数（本実施形態では６つ）のＬＥＤ素子２１が、前後方向と直交する平板状の基板２２の前面に実装されて構成されている。複数のＬＥＤ素子２１は、各発光面を前方に向けた状態で、上下２段，左右３列のマトリクス状に配列されている。
本実施形態において、各ＬＥＤ素子２１は、約１ｍｍ角の大きさで２００ｌｍの光束を発光するものであり、上下左右に隣り合うものとの間に約０．２ｍｍの隙間を介在させている。
【００１９】
２つの投影レンズ３，４は、図１に示すように、後側（ＬＥＤアレイ２側）の第一投影レンズ３と前側の第二投影レンズ４とから構成され、前後方向に並設されてＬＥＤアレイ２の前方に配置されている。これら２つの投影レンズ３，４は、ＬＥＤアレイ２近傍の物側焦点と、前側遠方（本実施形態では約２５ｍ先）の像側焦点とを有しており、ＬＥＤアレイ２（複数のＬＥＤ素子２１）から出射された光を前方へ投影する。また、２つの投影レンズ３，４は、いずれも後面が凹面、前面が凸面とされた凸レンズである。
本実施形態における２つの投影レンズ３，４の諸元を以下の表１に示す。なお、表中における「厚さ」「距離」とは光軸Ｘ上での各長さであり、また「ＬＥＤアレイからの距離」とは、ＬＥＤアレイ２から投影レンズ３，４の各後面（入射面）までの距離である。
【００２０】
【表１】
2017004661.tif 000003
【００２１】
イメージシフター５は、２つの投影レンズ３，４の間に配置された光学レンズであり、後述するように、ＬＥＤアレイ２の複数のＬＥＤ素子２１から出射された光を当該複数のＬＥＤ素子２１の配列方向（すなわち上下方向及び左右方向）に屈折させて、当該複数のＬＥＤ素子２１による光源像を広げるものである。
本実施形態において、イメージシフター５は、厚さ約１ｍｍ，外径約５０ｍｍの略円板状に形成され、第一投影レンズ３の前面（出射面）から約３ｍｍの位置に配置されている。
【００２２】
イメージシフター５の後面（入射面）５１には、図３（ａ）に示すように、光源像を上下方向に広げるための複数の上下プリズム５１０が全面に亘って形成されている。これら複数の上下プリズム５１０は、それぞれ後述の断面形状に形成されて左右方向に沿って延在しており、上下方向に沿って並設されている。
一方、イメージシフター５の前面（出射面）５２には、図３（ｂ）に示すように、光源像を左右方向に広げるための複数の左右プリズム５２０が全面に亘って形成されている。これら複数の左右プリズム５２０は、それぞれ後述の断面形状に形成されて上下方向に沿って延在しており、左右方向に沿って並設されている。
【００２３】
これらの上下プリズム５１０及び左右プリズム５２０は、図３（ｃ）に示すように、延在方向と直交する断面での形状が、互いに同じ二等辺三角形状に形成されており、本実施形態においては、高さＨが約１．６μｍ，幅Ｗが約１ｍｍに形成されている。
なお、上下プリズム５１０及び左右プリズム５２０は、イメージシフター５の前後いずれの面に形成されていてもよい。つまり、複数の上下プリズム５１０がイメージシフター５の前面５２に形成され、複数の左右プリズム５２０がイメージシフター５の後面５１に形成されていてもよい。
【００２４】
続いて、車両用灯具１によって形成される投影像（配光パターン）について説明する。
図４及び図５は、イメージシフター５が単純平板である場合、及び、本実施形態の形状である場合において、車両用灯具１から約２５ｍ前方の仮想スクリーン上に形成される投影像の光度分布を示す図である。これら図４及び図５では、それぞれ（ａ）が、仮想スクリーン上での投影像の光度分布を示し、（ｂ）が、光軸Ｘから下側−０．５°位置（上下−０．５°位置）での投影像の左右方向の光度分布を示し、（ｃ）が、光軸Ｘを通る左右方向位置（左右０°位置）での投影像の上下方向の光度分布を示す。
【００２５】
車両用灯具１では、ＬＥＤアレイ２の複数のＬＥＤ素子２１から前方へ出射された光が、２つの投影レンズ３，４によって前方へ投影されて、灯具前方に所定の投影像（配光パターン）が形成される。このときに形成される投影像は、２つの投影レンズ３，４の間に配置されたイメージシフター５によって光源像が変化したものとなる。
【００２６】
ここで、イメージシフター５が単純平板である場合（すなわちプリズム５１０，５２０が無い場合）には、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数のＬＥＤ素子２１の配列にそのまま対応した投影像が形成される。つまり、複数のＬＥＤ素子２１間の隙間が極めて暗い暗部として反映された、光度ムラのある投影像が形成されてしまう。
なお、イメージシフター５自体が無い場合でも、図４と略同様の投影像が形成される。
【００２７】
これに対し、本実施形態の車両用灯具１では、イメージシフター５に上下プリズム５１０及び左右プリズム５２０が形成されているため、光源像が上下方向及び左右方向にそれぞれ広げられる。具体的には、イメージシフター５の後面５１に形成された複数の上下プリズム５１０によって光源像が上下方向に広げられ、前面５２に形成された複数の左右プリズム５２０によって光源像が左右方向に広げられる。
【００２８】
その結果、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、前方に形成される投影像は、複数のＬＥＤ素子２１間の隙間に対応した暗部を有するものの、イメージシフター５が単純平板である場合のものに比べて、当該暗部の谷が浅く（つまり暗部での光度が高く）、光度ムラが抑制されたものとなる。
【００２９】
以上のように、車両用灯具１によれば、複数のＬＥＤ素子２１による光源像が、イメージシフター５に形成された複数のプリズムによって当該複数のＬＥＤ素子２１の配列方向に広げられる。
これにより、複数のＬＥＤ素子２１間の隙間に対応した暗部が緩和され、ひいては配光の光度ムラが抑制される。また、プリズムの形状や配列を適宜調整することによって、より正確な配光制御を行うことができる。
したがって、複数のＬＥＤ素子２１による配光の光度ムラを抑制しつつ、より正確な配光制御を行うことができる。
【００３０】
なお、複数のＬＥＤ素子２１は、上下方向及び左右方向に沿ったマトリクス状に配列されていなくともよく、正面視で前後方向と直交する方向に沿って配列されていればよい。したがって、複数のＬＥＤ素子２１は、斜め前後方向に配列されていたり、一方向だけに配列されていたりしてもよいし、互いに直交していない２方向に沿って配列されていてもよい。
但し、この場合には、複数のＬＥＤ素子２１の配列方向に光源像を広げることができるように、複数のプリズム５１０，５２０を適切に設ける必要があるのは勿論である。
【００３１】
また、イメージシフター５の位置は、ＬＥＤアレイ２から２つの投影レンズ３，４の前方までの光路中であれば、特に限定されない。但し、光軸Ｘに対してできるだけ平行に近い光が通る位置が好ましい。
また、投影レンズの数量は特に限定されず、例えば１つだけでもよい。
【００３２】
［変形例］
続いて、上記実施形態の変形例について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図１は、本変形例における車両用灯具１Ａの要部を示す側断面図である。また、図６は、車両用灯具１Ａが備えるイメージシフター５Ａの形状を説明するための図であって、（ａ）が斜め後方から見た斜視図であり、（ｂ）が斜め前方から見た斜視図であり、（ｃ）がイメージシフター５Ａに形成されたプリズムを説明するための断面図である。なお、図６（ｃ）では、幅に対する高さの比率を実際よりも大きくしてプリズムを図示している。
【００３３】
図１に示すように、車両用灯具１Ａは、イメージシフター５に代えてイメージシフター５Ａを備える点のみにおいて、上記実施形態における車両用灯具１と異なっている。
【００３４】
イメージシフター５Ａは、前後両面に形成されたプリズムが各面において一様な形状でない点で、上記実施形態におけるイメージシフター５と異なっている。
具体的に、イメージシフター５Ａの後面５１Ａには、図６（ａ）に示すように、複数の第一上下プリズム５１１Ａと複数の第二上下プリズム５１２Ａとが全面に亘って形成されている。より詳しくは、イメージシフター５Ａの後面５１Ａのうちの上半円部に複数の第一上下プリズム５１１Ａが形成され、下半円部に複数の第二上下プリズム５１２Ａが形成されている。これら複数の第一上下プリズム５１１Ａと複数の第二上下プリズム５１２Ａとは、それぞれ後述の断面形状に形成されて左右方向に沿って延在しており、各半円部において上下方向に沿って並設されている。
【００３５】
これら第一上下プリズム５１１Ａ及び第二上下プリズム５１２Ａは、図６（ｃ）に示すように、延在方向と直交する断面での形状が、いずれも二等辺三角形状に形成されており、その幅Ｗ１及び幅Ｗ２が等しくなっている（本変形例では約１ｍｍ）。但し、第一上下プリズム５１１Ａの高さＨ１は、第二上下プリズム５１２Ａの高さＨ２よりも高く形成され、本変形例においては、高さＨ２が約１．６μｍであるのに対して高さＨ１が約４．８μｍであり、当該高さＨ１が高さＨ２の約３倍となっている。言い換えれば、第一上下プリズム５１１Ａの底角α１が第二上下プリズム５１２Ａの底角α２よりも大きく形成されており、本変形例においては、底角α１と底角α２との比率が約３：１となっている。
【００３６】
一方、イメージシフター５Ａの前面５２Ａには、図６（ｂ）に示すように、複数の第一左右プリズム５２１Ａと複数の第二左右プリズム５２２Ａとが全面に亘って形成されている。より詳しくは、イメージシフター５Ａの前面５２Ａのうちの左半円部に複数の第一左右プリズム５２１Ａが形成され、右半円部に複数の第二左右プリズム５２２Ａが形成されている。これら複数の第一左右プリズム５２１Ａと複数の第二左右プリズム５２２Ａとは、それぞれ後述の断面形状に形成されて上下方向に沿って延在しており、各半円部において左右方向に沿って並設されている。
【００３７】
これら第一左右プリズム５２１Ａ及び第二左右プリズム５２２Ａは、図６（ｃ）に示すように、後面５１Ａにおける第一上下プリズム５１１Ａ及び第二上下プリズム５１２Ａと同様に形成されている。具体的に、第一左右プリズム５２１Ａ及び第二左右プリズム５２２Ａは、延在方向と直交する断面での形状が、いずれも二等辺三角形状に形成されており、その幅Ｗ１及び幅Ｗ２が等しくなっている。但し、第一左右プリズム５２１Ａの高さＨ１は、第二左右プリズム５２２Ａの高さＨ２よりも高く形成されており、本変形例においては、当該高さＨ２の約３倍となっている。言い換えれば、第一左右プリズム５２１Ａの底角α１が第二左右プリズム５２２Ａの底角α２よりも大きく形成されており、本変形例においては、底角α１と底角α２との比率が約３：１となっている。
【００３８】
続いて、車両用灯具１Ａによって形成される投影像（配光パターン）について説明する。
図７は、車両用灯具１Ａから約２５ｍ前方の仮想スクリーン上に形成される投影像の光度分布を示す図であって、（ａ）が、仮想スクリーン上での投影像の光度分布図であり、（ｂ）が、光軸Ｘから下側−０．５°位置（上下−０．５°位置）での投影像の左右方向の光度分布図であり、（ｃ）が、光軸Ｘを通る左右方向位置（左右０°位置）での投影像の上下方向の光度分布図である。
【００３９】
車両用灯具１Ａでは、ＬＥＤアレイ２の複数のＬＥＤ素子２１から前方へ出射された光が、２つの投影レンズ３，４によって前方へ投影されて、灯具前方に所定の投影像（配光パターン）が形成される。
このとき、形成される投影像は、上記実施形態と同様に、イメージシフター５Ａに形成された上下プリズム５１１Ａ，５１２Ａ及び左右プリズム５２１Ａ，５２２Ａによって光源像が上下方向及び左右方向に広げられる結果、全体的に光度ムラが抑制されたものとなる。
【００４０】
また、本変形例のイメージシフター５Ａでは、互いに底角の異なる２種類のプリズムが前後各面に形成されている。そのため、当該２種類のプリズムによる光源像の拡大程度が互いに異なる結果、上記実施形態のものよりもさらに光度ムラが抑制された投影像が形成される。
具体的に、イメージシフター５Ａの後面５１Ａでは、第一上下プリズム５１１Ａと第二上下プリズム５１２Ａとがそれぞれ光源像を広げるものの、底角の大きい第一上下プリズム５１１Ａの方が第二上下プリズム５１２Ａよりも上下方向に大きく光源像を広げる。そして、イメージシフター５Ａの前面５２Ａでも、後面５１Ａと同様にして、底角の大きい第一左右プリズム５２１Ａの方が第二左右プリズム５２２Ａよりも左右方向に大きく光源像を広げる。
【００４１】
その結果、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、前方に形成される投影像は、図５に示す上記実施形態のもの（イメージシフター各面のプリズムが一様な形状である場合のもの）に比べて、複数のＬＥＤ素子２１間の隙間に対応した暗部の谷がより浅く（つまり当該暗部での光度がより高く）、より光度ムラが抑制されたものとなる。
【００４２】
さらに、本変形例のイメージシフター５Ａでは、前後各面において第一プリズム５１１Ａ，５２１Ａの底角α１と第二プリズム５１２Ａ，５２２Ａの底角α２との比率が約３：１となっている。
これにより、図８（ａ）に示すように、ベースとなる光源像Ｍが第一プリズムによって両側にｄずつシフトされて光源像Ｍ１が形成されるとすると、第二プリズムによって形成される光源像Ｍ２は両側に３ｄずつシフトされたものとなる。
そして、形成される投影像は、光源像Ｍ１と光源像Ｍ２とが重畳したものであるため、図８（ｂ）に示すように、等間隔の階段状に変化する光度分布を有するものとなる。つまり、光源像Ｍをシフトさせた方向に光度が滑らかに変化する投影像が得られる。
【００４３】
以上のように、車両用灯具１Ａによれば、互いに底角の異なる２種類のプリズムがイメージシフター５Ａの前後各面に形成されている。
これにより、当該２種類のプリズムによる光源像の拡大程度が互いに異なる結果、上記実施形態のものよりもさらに光度ムラが抑制された投影像が形成される。つまり、複数のＬＥＤ素子２１による配光の光度ムラをさらに抑制することができる。
【００４４】
また、イメージシフター５Ａの前後各面に形成された２種類のプリズムの底角α１，α２の比率が３：１であるので、光源像をシフトさせた方向に光度が滑らかに変化する投影像を得ることができる。
【００４５】
［他の変形例］
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態やその変形例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４６】
例えば、上記実施形態の変形例においては、イメージシフター５Ａの前後各面におけるプリズムの分布（配置）は特に限定されず、例えば異なる種類のプリズムが交互に配置されていてもよい。
また、イメージシフター５Ａの前後各面には、３種類以上のプリズムが形成されていてもよい。
【００４７】
また、本発明に係る車両用灯具は、ヘッドランプ以外の車両用灯具にも広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１，１Ａ      車両用灯具
２            ＬＥＤアレイ
２１        ＬＥＤ素子（光源）
２２        基板
３            第一投影レンズ
４            第二投影レンズ
５，５Ａ      イメージシフター（光学レンズ）
５１，５１Ａ  後面
５１０    上下プリズム
５１１Ａ  第一上下プリズム
５１２Ａ  第二上下プリズム
５２，５２Ａ  前面
５２０    左右プリズム
５２１Ａ  第一左右プリズム
５２２Ａ  第二左右プリズム
α１        （第一プリズムの）底角
α２        （第二プリズムの）底角
Ｘ            光軸
【図１】
2017004661.tif 000004
【図２】
2017004661.tif 000005
【図３】
2017004661.tif 000006
【図６】
2017004661.tif 000007
【図８】
2017004661.tif 000008
【図４】
2017004661.tif 000009
【図５】
2017004661.tif 000010
【図７】
2017004661.tif 000011