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発明の名称 車両用LED灯具
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−227143(P2007−227143A)
公開日 平成19年9月6日(2007.9.6)
出願番号 特願2006−46658(P2006−46658)
出願日 平成18年2月23日(2006.2.23)
代理人 【識別番号】100062225
【弁理士】
【氏名又は名称】秋元 輝雄
発明者 佐藤 孝 / 河田 任史
要約 課題
小型化を実現して設計の自由度を高め、且つ配光特性あるいは照射光の色調の異なる複数のランプユニットを一体に構成すると共に再帰反射機能を兼ね備えた車両用LED灯具を提供することにある。

解決手段
レンズとハウジングによって形成された灯室内に、光源となる複数個のLEDを配設した車両用LED灯具において、前記レンズ1の灯室内側の面は、頂角6を灯室内方向に向けた複数の三角プリズム3を略平行に形成した断面鋸歯形状のプリズムレンズ面とし、前記各三角プリズム3を挟んだ夫々の側に複数個のLED7を当該LED7の光軸を前記三角プリズム3の夫々の側面8に向けて配設した。
特許請求の範囲
【請求項1】
レンズとハウジングによって形成された灯室内に、光源となる複数個のLEDが配設された車両用LED灯具であって、前記レンズの灯室内側は頂角を灯室内方向に向けた複数の三角プリズムを略平行に形成した断面鋸歯形状のプリズムレンズが形成されており、前記各三角プリズムを挟んだ該三角プリズムの夫々の側面側に前記複数個のLEDが該LEDの光軸を前記三角プリズムに向けて配設されていることを特徴とする車両用LED灯具。
【請求項2】
前記プリズムレンズに形成された各三角プリズムの共通する一方の側面で反射されたLED光と各三角プリズムの共通する他方の側面で反射されたLED光とが夫々異なる光学系を構成すると共に、外部から前記灯具内に入射した光が前記各三角プリズムの両側面で順次反射されて再度灯具外に出射される再帰反射の光学系を構成することを特徴とする請求項1に記載の車両用LED灯具。
【請求項3】
前記プリズムレンズに形成された各三角プリズムの両側面の夫々は、少なくとも一部にハーフミラー膜または金属膜が形成されていることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の車両用LED灯具。
【請求項4】
前記プリズムレンズに形成された各三角プリズムの共通する一方の側面側に配設されたLEDと、各三角プリズムの共通する他方の側面側に配設されたLEDとは、互いに異なる波長の光を発することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両用LED灯具。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、LEDを光源とする車両用LED灯具に関する。
【背景技術】
【0002】
車両用灯具には、リアコンビネーションランプのように、1つの灯具のなか(灯室内)にテールランプユニット、ストップランプユニット、バックランプユニット及びウインカーランプユニットの4つのランプユニットを具備したものがあり、各ランプユニットには夫々、光源、リフレクタ、レンズ等が配設されている。
【0003】
この場合、4つの独立したランプユニットで構成されたリアコンビネーションランプは、小型化の要求に対して構成上の制限が加わり、設計の自由度が制約されることになる。
【0004】
また、1つのリアコンビネーションランプを設計するにあたっては、各ランプユニットを構成するリフレクタ、レンズ等を個別に設計する必要があるために設計工数が増加し、製造するにあたっては、部品点数が増加にするために金型費及び材料費が上昇することになる。
【0005】
ところで、近年、車両用灯具の光源としてLEDが徐々に採用されてきており、ハイマウントストップランプ、ストップランプ、テールランプ及びウインカーランプ等は既に実用化されている。LED光源は、一般的に一枚の回路基板に複数のLEDを実装し、図6に示すようなマトリックス状の回路構成で配線されて電圧を印加することによって駆動(点灯)される。
【0006】
この場合、少なくとも1つのLEDにショート、オープン等の不具合が発生して交換の必要性が生じた場合、全てのLEDが1枚の回路基板に実装されているために回路基板毎交換することになり、部品交換のコストが高価なものになる。
【0007】
また、少なくとも1つのLEDの電気的特性(特に、順方向電圧)が他のLEDと異なる場合、回路構成上、他のLEDの明るさにも影響を与え、明るさばらつきの大きい光源となってしまう。従って、回路基板に実装するにあたっては、予め電気的特性の選別を施すことが必要であり、製造コストを上昇させる要因となるものである。
【0008】
LEDを光源とする車両用灯具として、図7に示すようなテールランプ50が提案されている。それは、円筒部51と底部52とからなるハウジング53とアウターレンズ54とを備え、円筒部51の内面には円周方向に沿って複数のLED55が実装され、底部52は各LEDを焦点とする放物線を円周方向で集合した形状のリフレクタ面56を有している。
【0009】
各LED55から出射した光はリフレクタ面56で反射されて平行光となり、アウターレンズ54で配光制御されて灯具前方を照射するものである(例えば、特許文献1参照。)。
【特許文献1】特開2005−78938号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
上述の車両用灯具においては、リフレクタ面56は各LED55から出射された光を平行光としてアウターレンズ54方向に向けるためだけの機能しか有しておらず、外部から灯具に向けて照射された光を再度外部に戻すための再帰反射面としての機能は有していない。そのため、車両に再帰反射機能を持たせるためには車両の灯具以外の場所に別途再帰反射体を搭載する必要がある。
【0011】
また、このような灯具の構成には、LEDから出射された光の光路をLED群単位で制御する光路制御手段が施されていないため、例えばテールランプとバックランプのように異なる配光特性あるいは異なる色調の照射光が要求される複数のランプユニットを一体に構成することは不可能である。
【0012】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、小型化を実現して設計の自由度を高め、且つ配光特性あるいは照射光の色調の異なる複数のランプユニットを一体に構成すると共に再帰反射機能を兼ね備えた車両用LED灯具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載された発明は、レンズとハウジングによって形成された灯室内に、光源となる複数個のLEDが配設された車両用LED灯具であって、前記レンズの灯室内側は頂角を灯室内方向に向けた複数の三角プリズムを略平行に形成した断面鋸歯形状のプリズムレンズが形成されており、前記各三角プリズムを挟んだ該三角プリズムの夫々の側面側に前記複数個のLEDが該LEDの光軸を前記三角プリズムに向けて配設されていることを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明の請求項2に記載された発明は、請求項1において、前記プリズムレンズに形成された各三角プリズムの共通する一方の側面で反射されたLED光と各三角プリズムの共通する他方の側面で反射されたLED光とが夫々異なる光学系を構成すると共に、外部から前記灯具内に入射した光が前記各三角プリズムの両側面で順次反射されて再度灯具外に出射される再帰反射の光学系を構成することを特徴とするものである。
【0015】
また、本発明の請求項3に記載された発明は、請求項1または2の何れか1項において、前記プリズムレンズに形成された各三角プリズムの両側面の夫々は、少なくとも一部にハーフミラー膜または金属膜が形成されていることを特徴とするものである。
【0016】
また、本発明の請求項4に記載された発明は、請求項1〜3のいずれか1項において、前記プリズムレンズに形成された各三角プリズムの共通する一方の側面側に配設されたLEDと、各三角プリズムの共通する他方の側面側に配設されたLEDとは、互いに異なる波長の光を発することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0017】
本発明の車両用LED灯具は、灯室の形成部材となるレンズの灯室内側に頂角を灯室内方向に向けた複数の三角プリズムを略平行に形成した断面鋸歯形状のプリズムレンズを形成し、前記各三角プリズムを挟んだ該三角プリズムの夫々の側面側に複数個のLEDを該LEDの光軸を前記三角プリズムに向けて配設した。
【0018】
そして、プリズムレンズに形成された各三角プリズムの共通する一方の側面で反射されたLED光と各三角プリズムの共通する他方の側面で反射されたLED光とが夫々異なる光学系を構成すると共に、外部から灯具内に入射した光が各三角プリズムの両側面で順次反射されて再度灯具外に出射される再帰反射の光学系を構成することとなった。
【0019】
その結果、配光特性あるいは照射光の色調の異なる、例えばテールランプやストップランプ等、バックランプや車両後方監視カメラ用照明光源等、再帰反射体の複数のランプユニットを一体に構成すると共に再帰反射機能を兼ね備え、小型化によって設計の自由度を高めた車両用LED灯具を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、この発明の好適な実施形態を図1〜図5を参照しながら、詳細に説明する(同一部分については同じ符号を付す)。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【0021】
図1は本発明の車両用LED灯具に係わる実施形態を示す斜視図であり、灯具を構成する部材のうち、光源となるLEDと前記LED光源から出射された光の配光を制御するレンズとの関係を示したものである。
【0022】
レンズ1は、透光性材料からなり、灯具を構成したときに、灯具の外側(車室外)となる面が平らな面2に形成され、灯具の内側(灯室側)となる面が多数のプリズム3を略平行に形成した断面鋸歯形状のプリズムレンズ面4となっている。
【0023】
レンズ1の灯具外側となる平らな面2は灯具のデザインに基づいて設計され、平面、二次曲面、三次曲面等に形成される。従って、この平らな面2は各プリズム3の底面5に対応する面となっており、各プリズム3の頂角6は灯室内方向に向いている。
【0024】
また、光源となるLED7は発光体となるLEDベアチップ(図示せず)を透過性樹脂で樹脂封止したパッケージ内に実装しており、LEDベアチップの発光色は灯具に持たせるランプ機能に基づいて適切に決められる。また、LED7のパッケージの形状も求められる配光特性、配設スペース等を考慮して決定される。
【0025】
そして、各プリズム3の各側面8に対して複数のLED7が所定の間隔で略直線状に、且つ該LED7光の出射方向(LED7の光軸方向)をプリズム3側面8にむけた状態で配設されている。
【0026】
図2はLED光源から出射された光及び灯具外側から灯具に向けて照射された光の光路を示す図である。本発明の車両用LED灯具は3系統の光学系からなっており、夫々の光学系が個別の機能を発揮するものである。
【0027】
図2(a)に示す光学系は、ハウジング9と共に灯室を形成するレンズ1の各プリズム3の一方の同一側面8a側に配設されたLED7の出射光が該側面8aから対向する他の側面8bに向かってプリズム3内に導入され、プリズム3内を導光されて対向する他の側面8bに至り、当該側面8bで反射(全反射)されて底面5に向かった光がプリズム3内を導光されて底面5に至り、底面5から灯具10外に放出される光路を形成する構成となっている。
【0028】
この場合、灯具10外に放出される光は、灯具10を車両に搭載した状態において、車両と略水平となる方向に照射される。したがって、この光学系は例えば、テールランプやストップランプ等のランプ機能を発揮するものであり、LEDは自ずから発光色が赤色のものが使用される。
【0029】
図2(b)に示す光学系は、各プリズム3の他方の同一側面8b側に配設されたLED7の出射光が該側面8bから対向する他の側面8aに向かってプリズム3内に導入され、プリズム3内を導光されて対向する他の側面8aに至り、当該側面8aで反射(全反射)されて底面5に向かった光がプリズム3内を導光されて底面5に至り、底面5から灯具10外に放出される光路を形成する構成となっている。
【0030】
この場合、灯具10外に放出される光は、灯具10を車両に搭載した状態において、車両の斜め下方向に照射される。したがって、この光学系は例えば、バックランプや車両後方監視カメラ用照明光源の機能を発揮するものであり、LEDはバックライトの場合は自ずから発光色が白色のものが使用され、車両後方監視カメラ用照明光源の場合は白色LEDのみならず赤外LEDも使用可能である。赤外LEDを使用すると対向車の運転者の運転を妨げることがないために配光設計の自由度が高められることになる。
【0031】
図2(c)に示す光学系は上記(a)及び(b)の光学系とは異なり、灯具10外側から灯具10に向けて照射された光がプリズム3の底面5からプリズム3の一方の側面8aに向かってプリズム3内に導入され、プリズム3内を導光されてプリズム3の一方の側面8aに至り、当該側面8aで反射されて他方の側面8bに向かった光がプリズム3内を導光されて他方の側面8bに至り、当該側面8bで反射されて底面5に向かった光がプリズム3内を導光されて底面5に至り、底面5から再度灯具10外部に放出される構成となっている。
【0032】
この場合、灯具10外に放出される光は、灯具を車両に搭載した状態において、灯具10に向かって照射された光の光源方向に向かって照射される。したがって、この光学系は再帰反射機能を発揮するものである。
【0033】
以上説明したように、本発明の車両用LED灯具を構成するプリズムレンズは、LED光源から出射した光の光路を制御して灯具外に放出する2系統の光学系と、灯具外から灯具内に入射した光を再度灯具外に放出する1系統の光学系をとの3系統の光学系を構成している。
【0034】
従って、本発明の車両用LED灯具は、テールランプやストップランプ等、バックランプや車両後方監視カメラ用照明光源等、再帰反射体からなる複数の働きを持たせることが可能となるものである。
【0035】
なお、テールランプとストップランプを共用する場合、その切換え方法はLEDの駆動電流を調節することによって明るさを変える方法、LEDをパルス点灯させてデューティ比を調節することによって人間が感じる見た目の明るさを変える方法、灯具の点灯エリアを分割することによって夫々のエリアをテールランプとストップランプとする方法、等が考えられる。
【0036】
上記の実施形態においては、プリズムレンズが透光性部材からなることを述べたが、各プリズムのLED光が入射する2つの側面にハーフミラー膜を形成することによってハーフミラー面とすることができる。その場合、LED光の透過性を維持しながら反射率を高めることができ、特に再帰反射率の向上を図ることができる。
【0037】
また、図3に示すように、LED7が出射した光が各プリズム3内に入射する2つの側面にAl、Ag等の金属膜11を蒸着法やメッキ法によって形成して鏡面とすることができる。その場合、上記のプリズム面をハーフミラー面とした場合よりも更に反射率を高めることができ、LED光の反射率及び再帰反射率の向上を図ることができる。
【0038】
但し、この場合、LED光をプリズム3内に入射させることができるように、プリズム3側面8の各LED光がプリズム3内に入射する範囲は金属膜11が除去された金属膜除去部12が形成、その部分はプリズム3を形成する透光性材料が露出した状態となっている。
【0039】
また、図4に示すように、プリズム3の各LED7を配設する位置に凹みを設け、夫々の窪みにLED7の少なくとも光出射部13を挿入することによってプリズム3とLED7との位置関係を保持することも可能である。
【0040】
また、プリズムの2つの側面側に配置される夫々のLED列の列方向の位置関係は、プリズムを挟んで夫々の2つのLEDが向き合うように配置される場合と、図5に示すように、プリズム3を挟んで夫々のLED7が交互に位置するように配置される場合とが考えられる。
【0041】
どちらの配列方法を選択するかは、プリズム面の処理方法、プリズムの反射効率、プリズムに対するLEDの保持方法、所望の配光パターン等を考慮して決められる。
【0042】
また、プリズムを挟んだ両側のLED列は、必ずしも互いに同一の配列とする必要はなく、夫々の側のLED列のLED数、互いに隣り合うLED間の距離等はそのLED列を光源とするランプユニットの種類、明るさ、配光特性等を考慮して設定される。
【0043】
更に、プリズムを挟んだ両側のLED列は、必ずしも同一の色調の光を発するLEDを使用する必要はなく、そのLED列を光源とするランプユニットに規定されている光の色調を考慮して設定される。
【0044】
以上説明したように本発明の車両用LED灯具は、光源となるLEDを前記LED光源から出射された光の配光を制御するレンズに近づけて、あるいはレンズ内に挿入させて配置するようにした。そのため、灯具の薄型化が可能となり、限られたスペース内に収めるにあたっても設計の自由度が確保できるようになった。
【0045】
また、LEDから出射された光の進行方向をLED群単位で制御することが可能であるため、コンビネーションランプのように各ランプユニット単位に設けられるリフレクタや各ランプユニットを繋ぐエクステンションを設けることなく配光特性あるいは異なる色調の照射光が要求される複数のランプユニットを一体に構成することができる。そのため、灯具の薄型化を図りながら、複数のランプユニットを構成することができる。
【0046】
例えば、プリズムの一方側に黄色発光LEDを、他方側に赤外発光LEDを夫々配設することによってサイドウインカーランプと車両側方監視カメラ用照明光源とを一体に構成することができる。この場合、赤外光が車両前方に漏れても対向車の運転者の運転に支障をきたす恐れはない。このように、赤外発光LEDを配設することによって、車両後方監視カメラ用照明光源や車両間通信の通信媒体としても利用することができる。
【0047】
また、車両用灯具のみならず、車内用の照明光源として使用することもできる。例えば、1つの光源モジュールとしてLED群の点灯・照灯を個別に制御することによって助手席と運転席の照明切換えを行なうことができる。またプリズムに対するLEDの配設角度を調整することによって運転席、助手席、後部座席等の照明位置を設定することができる。特に、昨今の後部座席の広いワンボックスカーなどで、後部座席の照明位置を微妙に変える場合には有効な光源となる。
【0048】
また、プリズム面はLED光源の反射面と同時に再帰反射面の働きも兼ねている。従って、再帰反射体を別個に設ける必要がなく、車両デザインの制約を低減して設計自由度を高めることができる。
【0049】
また、LEDの配線をLED配列単位で構成するためにマトリックス配線の必要はなくなる。そのため、1つのLEDが他のLEDの順方向電圧と異なっていても直接灯具全体の明るさのばらつきに影響を与えることが少ない。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本発明の車両用LED灯具に係わる実施形態の要部を示す斜視図である。
【図2】本発明の車両用LED灯具に係わる実施形態の要部の光学系を示す部分断面図である。
【図3】本発明の車両用LED灯具に係わる他の実施形態の要部を示す部分断面図である。
【図4】同じく、本発明の車両用LED灯具に係わる他の実施形態の要部を示す部分断面図である。
【図5】本発明の車両用LED灯具に係わる各実施形態におけるLED光源の配設を示す部分正面である。
【図6】従来の車両用LED灯具のLED光源の結線方法を示す結線図である。
【図7】従来例の車両用LED灯具を示す断面図である。
【符号の説明】
【0051】
1 レンズ
2 平らな面
3 プリズム
4 プリズムレンズ面
5 底面
6 頂角
7 LED
8、8a、8b 側面
9 ハウジング
10 灯具
11 金属膜
12 金属膜除去部
13 光出射部




 

 


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