JP2019021602A - レンズユニットおよび車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ユニットサイズおよびレンズサイズの小型化とそれに伴うコスト削減を可能とするレンズホルダおよび光学レンズユニットを提供する。
【解決手段】車両用灯具１００のレンズホルダ３は、複数のレンズ２ａ〜２ｄを各々の中心軸が光源１０１の光軸Ｏと一致するように保持する光学レンズホルダ３において、少なくとも一つのレンズを保持する第１レンズホルダ３Ａと、複数のレンズを保持するとともに複数のレンズの光射出側に第１レンズホルダ３Ａが取り付けられる第２レンズホルダ３Ｂと、を備える。第１レンズホルダ３Ａは、第２レンズホルダ３Ｂと光軸方向で重なり合うように設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、レンズユニットおよび車両用灯具に関するものである。

従来、車両用灯具として、複数枚の光学レンズからなるレンズユニットを有したものが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この車両用灯具において、レンズユニットを構成する複数の光学レンズはレンズホルダに収容されている。

特開２０１６−１３４３５７号公報

上記従来技術において、複数の光学レンズを収容するレンズホルダ内には、光源側から離れるに従ってサイズの大きいレンズが順に組み立てられる。そのため、レンズホルダの開口側は各レンズの大きさに合わせて光源側から離間するに従って段階的に大きくなっており、ユニット全体の小型化が難しかった。また、光源から離れた光学レンズは大型化することで肉厚となるが、このような大型で肉厚のレンズを成形することは非常に難しく、またコスト増につながってしまう。

本発明の一つの態様は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、小型化および低コスト化を実現できる、レンズユニットおよび車両用灯具を提供することを目的とする。

本発明の一態様のレンズユニットは、光源からの光が入射する複数のレンズと、前記複数のレンズを各々の中心軸が前記光源の光軸と一致するように保持する光学レンズホルダと、を備え、前記光学レンズホルダは、少なくとも一つの前記レンズを保持する第１レンズホルダと、複数の前記レンズを保持するとともに前記第１レンズホルダの前記光源側に取り付けられる第２レンズホルダと、を有し、前記第１レンズホルダは、前記第２レンズホルダと前記光軸に沿った方向において重なり合うように設けられている。

本実施態様のレンズユニットによれば、第１レンズホルダ内に設置するいずれかのレンズの大きさが第２レンズホルダ内に設置するいずれかのレンズよりも小さくなる。そのため、光軸方向に沿って径が拡大する複数のレンズを順次配置する従来の構成に比べて、レンズが大きくなり難くすることができる。よって、レンズユニット自体の小型化を図ることができる。

上記の構成において、前記第１レンズホルダは、前記第２レンズホルダの内側に挿入された状態で前記第２レンズホルダに取り付けられる構成としてもよい。

この構成によれば、レンズユニット１０２の光軸方向におけるサイズを小さくできる。

上記の構成において、前記第１レンズホルダは、前記光軸に沿う方向の前記第２レンズホルダ側に設けられた、前記光軸を中心とした開口と、前記開口の周囲に形成された遮光部と、を有する構成としてもよい。

この構成によれば、第２レンズホルダに保持されたレンズを透過した光の迷光を遮光することができる。また、第１レンズホルダに遮光部が設けられるので、別途遮光部材を設ける必要が無くなるので、部品点数を削減できる。

上記の構成において、前記第１レンズホルダ内に複数のレンズが保持され、前記第１レンズホルダ内に保持される複数のレンズのうちの少なくとも一つのレンズの直径が、前記第２レンズホルダ内に保持される複数のレンズのうちの少なくとも一つのレンズの直径よりも小さい構成としてもよい。

この構成によれば、上述のようにレンズユニットの小型化を実現できる。

本発明の一態様の車両用灯具は、上記レンズユニットと前記レンズユニットに光を射出する光源装置とを備えている。

本実施態様の車両用灯具によれば、上記レンズユニットを備えるので、小型かつ低コストの車両用灯具を提供できる。

本発明によれば、小型化および低コスト化を実現できる、レンズユニットおよび車両用灯具を提供できる。

車両用灯具の概略構成を示す分解斜視構成図。 車両用灯具の概略構成を示す断面図。 第１レンズホルダの平面図。 第１レンズホルダの正面図。 第１レンズホルダの側面図。 第２レンズホルダの平面図。 第２レンズホルダの正面図。 第２レンズホルダの側面図。

以下、本発明の一実施形態である光学レンズユニットについて図面を参照しながら説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴を分かりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

本実施形態では、車両の前方に搭載される車両用前照灯（ヘッドランプ）等に用いられる車両用灯具および車両用灯具に用いられる光学レンズユニットを例示する。
また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系においてＸ軸方向は車両用灯具からの光射出方向であり、Ｘ軸方向は車両灯具を搭載する車両の左右方向と平行な方向であり、Ｙ方向はＺ軸方向およびＸ軸方向にそれぞれ直交する方向である。

図１は、本実施形態の車両用灯具の概略構成を示す分解斜視構成図である。図２は、車両用灯具の概略構成を示す断面図である。
図１に示す本実施形態の車両用灯具１００は、例えば車両の前方（＋Ｚ軸方向）に向けて光を照射する車両用前照灯（ヘッドランプ）である。

図１に示すように、車両用灯具１００は、光源装置（光源）１０１と、レンズユニット１０２とを有する。光源装置１０１は、例えばＬＥＤ素子からなる発光素子を光軸と直交する面内においてマトリクス状に基板上に実装した構成からなる。

レンズユニット１０２は、光源装置（光源）１０１から射出された光を前方に向けて投影する投影光学系を構成する。レンズユニット１０２は、複数のレンズ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、これらレンズ２ａ〜２ｄを保持する光学レンズホルダ３と、を有する。

レンズユニット１０２は、光源装置１０１によって構成される所定配光パターンの対応する像を前方に投影して、車両用灯具１００に正対した仮想鉛直スクリーン（車両用灯具１００の車両前方約２５ｍの位置に配置される）上に、所定の配向パターン（ハイビーム用配向パターン）を形成する。

レンズ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとしては、耐熱性の高いガラス製のものを用いることも考えられるが、軽量化のために樹脂レンズを用いることが好ましい。

光学レンズホルダ３は、図１および図２に示すように、第１レンズホルダ３Ａと、第２レンズホルダ３Ｂとを有している。第１レンズホルダ３Ａは、第２レンズホルダ３Ｂと光源装置１０１の光軸Ｏに沿った方向（Ｚ軸方向）で重なり合うように設けられている。

本実施形態において、第１レンズホルダ３Ａは、光軸Ｏ方向において、第２レンズホルダ３Ｂの内側に略全体が挿入された状態で取り付けられている。第１レンズホルダ３Ａと第２レンズホルダ３Ｂとは、それぞれに設けられた係合部どうしが互いに係合することによって一体に組み付けられている。なお、係合部の構成については後述する。

光学レンズホルダ３は、図１および図２に示すように、各レンズ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを各々の中心軸が光源装置１０１の光軸Ｏと一致するように保持するものである。本実施形態では、第１レンズホルダ３Ａおよび第２レンズホルダ３Ｂにそれぞれ２枚ずつレンズを保持する構成となっている。

なお、第１レンズホルダ３Ａおよび第２レンズホルダ３Ｂに保持されるレンズの数は本実施形態に限られたものではなく、第１レンズホルダ３Ａは少なくとも一つのレンズ、第２レンズホルダ３Ｂは複数のレンズを保持する構成であればよく、例えば、各レンズホルダ３Ａ，３Ｂがそれぞれ３つ以上のレンズを保持する構成であってもよい。

（第１レンズホルダ３Ａ）
以下、第１レンズホルダ３Ａの構成について説明する。図３は、第１レンズホルダ３Ａの平面図である。図４は、第１レンズホルダ３Ａの正面図である。図５は、第１レンズホルダ３Ａの側面図である。

第１レンズホルダ３Ａは、図２〜図５に示すように筒状をなし、光軸Ｏ方向の基端部２１ａ（光源装置１０１側の端部）に光軸Ｏを中心とした開口２２と、開口２２の周りに環状に形成された遮光部２３と、を有している。

開口２２は、第２レンズホルダ３Ｂに保持される第３レンズ２ｃおよび第４レンズ２ｄから投射される光の中心光束を通過可能な大きさを有する。遮光部２３は、径方向における幅Ｗ（図４参照）が、図２に示す第２レンズホルダ３Ｂに保持される第３レンズ２ｃおよび第４レンズ２ｄを透過した光のうち迷光となる成分を遮光するのに必要な寸法を有している。

本実施形態において、第１レンズホルダ３Ａは、光源装置１０１に近い基端部２１ａ側から光源装置１０１から離間する先端部２１ｂ側にかけて拡径する筒状からなり、内側に第１レンズ２ａおよび第２レンズ２ｂを保持する。第１レンズホルダ３Ａには、第１レンズ２ａおよび第２レンズ２ｂをそれぞれ光軸Ｏ方向（以下、単に軸方向と称す場合もある）に沿って並べて保持するための第１レンズ保持部３９および第２レンズ保持部３８が形成されている。

第１レンズ２ａを保持する第１レンズ保持部３９は、拡径側の先端部２１ｂから光軸方向外側（基端部２１ａとは反対側）へ延出するようにして設けられ、光軸Ｏ周りに等しい間隔で３つ形成されている。

これら３つの第１レンズ保持部３９のうち２つは、図３および図４に示すように第１平面部２５の両側の湾曲部２６，２６からそれぞれ延出し、残り１つの第１レンズ保持部３９は、第１平面部２５と径方向で対向する第２平面部２７から軸方向の外側へ延出している。第１レンズホルダ３Ａは、これら３つの第１レンズ保持部３９によって第１レンズ２ａを保持する。

ここで、各第１レンズ保持部３９は、図２に示すように、第１レンズホルダ３Ａが第２レンズホルダ３Ｂ内に挿入保持された状態において、第２レンズホルダ３Ｂの先端部３１ｂから光の射出方向（＋Ｘ方向）へ突出する。そのため、第１レンズ２ａは各第１レンズ保持部３９により第２レンズホルダ３Ｂの外側において保持される。

一方、第２レンズ２ｂを保持する第２レンズ保持部３８は、軸方向の略中央付近に位置し、軸周りに等しい間隔で３つ形成されている。これら３つの第２レンズ保持部３８のうち２つは、第１平面部２５の両側の湾曲部２６，２６に形成され、残り１つの第１レンズ保持部３９は、第１平面部２５に形成されている。第１レンズホルダ３Ａは、これら３つの第２レンズ保持部３８により第２レンズ２ｂを保持する。

第１レンズホルダ３Ａには、図３および図５に示すように、第２レンズホルダ３Ｂに嵌合するための４つの第１係合部１１が設けられている。第１係合部１１は、径方向外側に突出する凸状のフック形状を有し、各湾曲部２６にそれぞれ２つずつで計４つ形成されている。２つは、湾曲部２６に形成された第２レンズ保持部３８の外面にそれぞれ形成され、他の２つは各湾曲部２６の外面に直接形成されている。

（第２レンズホルダ３Ｂ）
続いて、第２レンズホルダ３Ｂの構成について説明する。図３は、第１レンズホルダ３Ａの平面図である。図６は、第２レンズホルダ３Ｂの平面図である。図７は、第２レンズホルダ３Ｂの正面図である。図８は、第２レンズホルダ３Ｂの側面図である。

第２レンズホルダ３Ｂは、図２、図６〜図８に示すように、第１レンズホルダ３Ａよりも光軸Ｏ方向（Ｚ軸方向）に延びる筒状のホルダ本体３１と、ホルダ本体３１のＸ軸方向の両側から外側へ延出する一対の延出部３２，３２と、を有している。第２レンズホルダ３Ｂは、各延出部３２，３２のネジ孔３２ｂ（図２、図７参照）に螺合されるネジ部材１０３（図２参照）を介して、例えば、光源装置１０１を支持する支持部材（不図示）等に取り付けられる。

第２レンズホルダ３Ｂは、光軸Ｏ方向（以下、単に軸方向と称す場合もある）における長さが第１レンズホルダ３Ａのおよそ２倍程度とされている。ホルダ本体３１は、光源装置１０１に近い基端部３１ａから先端部３１ｂにかけて拡径するテーパー形状をなし、内側に第３レンズ２ｃおよび第４レンズ２ｄ（図１、図２参照）を保持する。ホルダ本体３１には、第４レンズ２ｄおよび第３レンズ２ｃをそれぞれ軸方向に並べて保持するための第３レンズ保持部３３および第４レンズ保持部３４が形成されている。

第３レンズ２ｃを保持する第３レンズ保持部３３は、ホルダ本体３１の軸方向の略中央付近に位置し、軸周りに等しい間隔で３つ形成されている。これら３つの第３レンズ保持部３３のうち２つは、延出部３２，３２の一面（先端部３１ｂ側の面）に沿うようにして、ホルダ本体３１の湾曲部３６，３６に形成されている。残り１つの第３レンズ保持部３３は、第２平面部３７に形成されている。

各第３レンズ保持部３３は、図６に示すように軸方向で各第４レンズ保持部３４よりも先端部３１ｂ側に位置し、図７に示す光軸Ｏ方向に見たときに光軸Ｏ周りにおける位置が各第４レンズ保持部３４とそれぞれ一致している。第３レンズ保持部３３は、これら３つの第３レンズ保持部３３によって第３レンズ２ｃを保持する。本実施形態では、第２レンズホルダ３Ｂ内に保持される第３レンズ２ｃの直径よりも、第１レンズホルダ３Ａ内に保持される第２レンズ２ｂの直径の方が小さい。

第４レンズ２ｄを保持する第４レンズ保持部３４は、図７および図８に示すように、ホルダ本体３１の縮径側の基端部３１ａの近傍に位置し、軸周りに等しい間隔で３つ形成されている。これら３つの第４レンズ保持部３４のうち２つは、ホルダ本体３１の第１平面部３５の両側の湾曲部３６，３６に形成され、残り１つの第４レンズ保持部３４は、第１平面部３５とＹ軸方向と平行な方向において対向する第２平面部３７に形成されている。第４レンズ保持部３４は、これら３つの第４レンズ保持部３４によって第４レンズ２ｄを保持する。

第２レンズホルダ３Ｂには、ホルダ本体３１の先端部３１ｂ側に、第１レンズホルダ３Ａを取り付けるための第２係合部１２が４つ設けられている。第２係合部１２は、湾曲部３６の厚さ方向を貫通する係合孔１２ａを有しており、第１レンズホルダ３Ａの第１係合部１１に対応する。

上述したように、本実施形態では、第２レンズホルダ３Ｂの内側に第１レンズホルダ３Ａが挿入された状態で取り付けられることによって、本発明に係る光学レンズホルダ３が構成される。

具体的には、第１レンズホルダ３Ａが第２レンズホルダ３Ｂに対してホルダ本体３１の先端部３１ｂ側であって第３レンズ２ｃおよび第４レンズ２ｄの光射出側に挿入された状態で取り付けられている。また、第１レンズホルダ３Ａの第１係合部１１が第２レンズホルダ３Ｂの第２係合部１２の係合孔１２ａに係合した状態で第１レンズホルダ３Ａと第２レンズホルダ３Ｂとが一体とされ、光学レンズホルダ３が構成される。

本発明に係るレンズユニット１０２は、このような光学レンズホルダ３の第１レンズホルダ３Ａおよび第２レンズホルダ３Ｂ内にそれぞれ２つずつレンズを収容することで構成される。

本実施形態のレンズユニット１０２は、第１レンズホルダ３Ａが第２レンズホルダ３Ｂと光軸Ｏ方向で重なり合うようにその内側に設けられた構成のため、第１レンズホルダ３Ａ内に設置する第２レンズ２ｂの大きさを、第２レンズホルダ３Ｂ内に設置する第３レンズ２ｃの直径よりも小さくすることができる。よって、光軸方向に沿って径が拡大する複数のレンズを順次配置する従来の構成に比べて、レンズ２ａ〜２ｄが大きくなり難くすることができる。よって、レンズユニット１０２自体の小型化を図ることができる。また、第１レンズホルダ３Ａが第２レンズホルダ３Ｂの内側に挿入された状態で取り付けられるため、レンズユニット１０２の光軸方向におけるサイズを小さくできる。

また、厚肉のレンズは、直径が大きくなるほど成形時間を要するためコストが増加し、成形の難易度も上がってしまうという問題があった。これに対し、本実施形態では上述したように径の小さいレンズ２ａ〜２ｄを採用できるので、寸法精度の良好なレンズを成形できるとともに、成形時間の短縮に伴ってコストの削減が見込める。

また、本実施形態のレンズユニット１０２によれば、第１レンズホルダ３Ａの基端部２１ａに設けられた遮光部２３によって、第２レンズホルダ３Ｂの第３レンズ２ｃおよび第４レンズ２ｄの外周から射出されて迷光となり得る光束（グレア）を遮光することができる。

また、従来の構成においては、レンズを固定するためにレンズどうしの間にスペーサーを配置して利用していた。また、スペーサーは光源からの迷光を遮光する部材としても用いられていた。

これに対し、本実施形態によれば、第１レンズホルダ３Ａが遮光部２３を有し、さらに各レンズホルダ３Ａ，３Ｂが係合することで複数のレンズ２ａ〜２ｄの間隔を保持できるため、従来のスペーサーに相当する部品を省略できる。これにより、部品点数の削減および組み立て作業を簡単にできる。

なお、第１レンズホルダ３Ａ内に保持される複数のレンズのうちの少なくとも１つのレンズの直径が、第２レンズホルダ３Ｂ内に保持される複数のレンズのうちの少なくとも１つのレンズの直径よりも小さい構成であってもよい。このようにすれば、光軸方向に沿って光源から離間するに従って、径が拡大する複数のレンズを順次配置する従来の構成に比べて、レンズを大型化させ難くすることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

２ａ…第１レンズ、２ｂ…第２レンズ、２ｃ…第３レンズ、２ｄ…第４レンズ、３…光学レンズホルダ、３Ａ…レンズホルダ、３Ａ…第１レンズホルダ、３Ｂ…第２レンズホルダ、２２…開口、２３…遮光部、１００…車両用灯具、１０２…レンズユニット、１０１…光源装置（光源）。

Claims (5)

1. 光源からの光が入射する複数のレンズと、
   前記複数のレンズを各々の中心軸が前記光源の光軸と一致するように保持する光学レンズホルダと、を備え、
   前記光学レンズホルダは、少なくとも一つの前記レンズを保持する第１レンズホルダと、
   複数の前記レンズを保持するとともに前記第１レンズホルダの前記光源側に取り付けられる第２レンズホルダと、を有し、
   前記第１レンズホルダは、前記第２レンズホルダと前記光軸に沿った方向において重なり合うように設けられている、レンズユニット。
2. 前記第１レンズホルダは、前記第２レンズホルダの内側に挿入された状態で前記第２レンズホルダに取り付けられる、請求項１に記載のレンズユニット。
3. 前記第１レンズホルダは、前記光軸に沿う方向の前記第２レンズホルダ側に設けられた、前記光軸を中心とした開口と、前記開口の周囲に形成された遮光部と、を有する、請求項１または２に記載のレンズユニット。
4. 前記第１レンズホルダ内に複数のレンズが保持され、前記第１レンズホルダ内に保持される複数のレンズのうちの少なくとも一つのレンズの直径が、前記第２レンズホルダ内に保持される複数のレンズのうちの少なくとも一つのレンズの直径よりも小さい、請求項１から３のいずれか一項に記載のレンズユニット。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズユニットと、
   前記レンズユニットに光を射出する光源装置と、を備える
   車両用灯具。

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