JPH03723B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は自動車等の車輌用灯具に関する。さ
らに詳細には、ハウジングと前面レンズとにより
画成された灯室内に光源を配置した車輌用灯具に
おいて、レンズ面の輝度を均一ならしめることが
できる車輌用灯具に関するものである。

従来上記のような車輌用灯具においては、前面
レンズには複数個のセグメントから成るフレネル
プリズムを設け、そのうち光軸中心に近い部分は
屈折系フレネルプリズム、その周辺部分は反射系
フレネルプリズムとして、光源からレンズに入射
する光が略平行光線として前方に照射される如く
構成されるのが一般的である。第１図はこのよう
な前面レンズの断面を示しているが、図に見られ
る如く、レンズｂのフレネルプリズムに対して光
源Ｃから入射する光の密度が、レンズｂの端部に
なる程低下している。従つて光軸Ｚに近い部分と
レンズ端部とでは、レンズ面の輝度に大きな差異
を生じ、灯具の配光性能が好ましくないものとな
る。

そこでこのような欠点を改善するため、前記前
面レンズの光の密度の低下する部分に対向させて
反射面を設け、反射光をレンズに入射させる方策
がとられる。第２図はこのような灯具の構成を略
示した断面図である。すなわち、光源Ｃから前面
レンズｂに入射する光の密度低下の著しいレンズ
部分に対向せしめて略回転放物面状の反射面ａを
設け、光源Ｃからの光を該反射面ａで反射させて
前面レンズｂの光束密度が低い部分に入射させて
いる。しかしながらこの方法では図から明らかな
如く、反射面ａによる反射光の密度分布もまた光
軸Ｚから遠くなる程低下するから、レンズ端部近
傍における輝度低下は免れず、改善の効果は充分
でない。前記放物面状反射面によつて反射光をレ
ンズに入射させてもレンズ各部に入射する光の量
は一様とならず、光軸Ｚに近い部分は光の量が多
く、光軸Ｚから遠い部分程少なくなるという状態
は依然として残つているのである。

このように従来の車輌用灯具においては、光軸
に近い部分の輝度に比して周辺部の輝度が低下
し、レンズ面輝度に不均一を生ずるという問題点
があつた。この欠点は発光面積の大きな灯具程甚
だしく、車輌用灯具における一つの重大問題とな
つていた。

本発明は、上記のような従来技術における問題
点に着目し、これを解決することを意図してなさ
れたものである。すなわち本発明は、前記の如く
ハウジングと前面レンズとにより画成された灯室
内に光源を配置した車輌用灯具において、前面レ
ンズをインナーレンズとアウターレンズとから成
る複合レンズで構成するとともに該インナーレン
ズに複数個のセグメントから成るプリズムを具備
せしめ、かつ該インナーレンズに対向してハウジ
ング側に反射面を設け、前記インナーレンズのプ
リズムは入射光を略平行光に制御するフレネルプ
リズムとしアウターレンズは魚眼プリズムとし、
プリズムの各セグメントの平面積に応じて反射面
から入射する光束量を変化させ、前記各セグメン
トに入射する光束量と各セグメントの平面積との
比がすべて略一定となるように反射面の形状を形
成する方法を提供するものである。以下、図面に
示した実施例に基づき、本発明の方法の詳細を説
明する。

第３図は本発明による車輌用灯具の１実施例を
示した図で、Ａは断面図、Ｂは部分切開正面図で
ある。

図中１は合成樹脂等により形成されたハウジン
グであり、このハウジング１とその前面に配設さ
れた前面レンズ２とにより画成された灯室内に光
源３が配置されている。光源３を通る中心線Ｚが
灯具の光軸である。前面レンズ２はインナーレレ
ンズ２２とアウターレンズ２１とから成る複合レ
ンズとして構成されており、インナーレンズ２２
の外面には複数個のセグメントから成るフレネル
プリズム２２ａを具備し、またアウターレンズ２
１はその内面に魚眼レンズ２１ａが形成されてい
る。ハウジング１のレンズ側内面は、金属蒸着等
により鏡面状に形成された反射面１ａとなつてお
り、光源３から放射される光をこの反射面１ａに
反射してインナーレンズ２２に入射せしめる如く
構成されている。インナーレンズ２２のフレネル
プリズム２２ａは反射面１ａからの反射光を略平
行光に制御してアウターレンズに入射させるもの
であり、アウターレンズ２１に形成された魚眼プ
リズム２１ａは前記インナーレンズ２２から入射
する光を制御して所望の配光として前方に投射す
るものである。

そして本発明においては、前記フレネルプリズ
ム２２ａの各セグメントに反射面１ａからの反射
光を一定の光束密度を以て入射せしめる如く、反
射面１ａの曲面形状を構成するものである。第４
図はフレネルプリズムへの入射光の状況を図示し
た説明図であるが、任意のプリズムセグメント
P_oの受光面に光源３から放射された光路l₁とl₂と
の間の光が反射面の部分R_oで反射されて入射す
るものとし、プリズムが同心円フレネルであるも
のとし、かつプリズムセグメントP_oの光路l₁が入
射する最内縁の半径（光軸Ｚからの垂直距離）を
r₁、光路l₂が入射する最外縁の半径をr₂とすると、
プリズムセグメントP_oの受光面の平面積S_oは、 S_o≒π（r² ₂−r² ₁） ………(1) また前記反射面部分R_oが光源３に対して張る
光路l₁，l₂間の立体角ωは、光路l₁の光軸Ｚに対
する角度をθ₁、光路l₂の光軸Ｚに対する角度をθ₂
とすれば、 ω_o＝2π（cosθ₁−cosθ₂） ………(2) となる。プリズムセグメントP_oの受光面に入射
する光束量は上記立体角ωに正比例することは明
らかであるから、各プリズムセグメントに入射す
る反射光の光束密度（受光面の単位平面積当り光
束量）を一定ならしめるためには、前記受光面の
平面積Snと前記立体角ωとの比が一定となる如
くすればよい。すなわち前記(1)、(2)式から導かれ
る下記S_o／ω_o S_o／ω_o＝（r² ₂−r² ₁）／２（cosθ₁−cosθ₂）………(
3) が各プリズムセグメントについて一定値になるよ
うに、前記反射面１ａの曲面形状を設定するので
ある。

この反射面の曲面形状の設定は下記の如くすれ
ばよい。すなわち第５図において、灯具の光軸中
心をＺ軸とし、反射面の最内端の点P₀を通りＺ
軸に垂直な軸をＸ軸にとる。上記点P₀の光軸
（Ｚ軸）からの垂直距離（Ｘ座標）をＬ、点P₀で
反射して入射するレンズ２２上の点P₀′の光軸
（Ｚ軸）からの垂直距離をL′、光源３から原点０
（反射面１ａの中心点）までの距離（焦点距離）
をｆとする。

車輌用灯具を設計する場合、これらｆ、Ｌ、
L′の値は通常、設計条件として与えられ、若しく
は設計者の判断に基づいて設定するすることがで
きる、いわば設計手順の出発点である。

次に、第５図および第６図を参照しつつ、本発
明方法に係る設計手順の実施例を説明する。

手順１ ３は光源の位置であつて、この点をP_f（０、ｆ）
とする。

この点を具体的に構成部材と対応させて考える
と光源（光源バルブのフイラメント）３であり、
解析的に空間の１点P_fとして捉えると、そのＸ座
標＝０、Ｚ座標＝ｆの点（０、ｆ）である。

前述のごとく上記の値ｆは設計条件として与え
られ、若しくは適宜に設定することができる。

次いで反射面の第１の入射点P₀（Ｌ、０）およ
びレンズの第１の入射点P₀′（L′、z₀′）を設定す
る。この場合、Ｌ、L′の値は設計条件として与え
られ、若しくは任意に設定することができる。

ここにおいてz₀′の値は、別途に定められてい
るレンズの式を用い、公知の手法を適用して求め
れば良い。

手順２ 第５図から容易に理解されるように、光源の座
標P_f（０、ｆ）と反射面の第１入射点P₀（Ｌ、０）
の座標が定まれば、光源P_fから第１入射点P₀に至
る光路l₀が求められる。

同様に、前記第１入射点P₀からレンズの第１
入射点P₀′に至る光路l₀′が求まる。

手順３ l₀とl₀′との二等分線として（第６図参照）中立
線N₀を求め、 この中立線N₀に対して点P₀で直交する線（こ
れは反射面１ａの接線方程式に相当する） ｚ＝a₁x＋b₁ を求める。

手順４ 反射面１ａ（第５図参照）上の、前記第１の反
射点P₀からＸ軸方向に微小寸法ｐだけ離れた第
２の入射点P₁（x₁、z₁）を、上記の接線ｚ＝a₁x＋
b₁の上に求める。

この手法は接線法として公知の手法を適用して
近似値を求めるものであるが、前記の微小寸法ｐ
を充分に小さく（本実施例では0.1mm）すること
により、その誤差を実用上０とみなし得る程度に
小さくできる。

以上の手順１〜４は灯具設計に関する公知公用
の手法の適用であるが、本発明の目的（レンズ面
の輝度の均一化）を達成するため、次に述べる手
順５が最も重要である。

この手順５は、第２の反射点P₁における反射
光がレンズ２２に入射する点P₁′を求める手順で
ある。この第２入射点P₁′が決まれば、これから
逆算して光路l₁′が定まり、光路l₁′が定まれば反射
面形状が定まるからである。

そして、この第２入射点P₁′（x₁′、z₁′）は当然
にレンズ２点に位置しているのであるから、該第
２入射点P₁′（x₁′、z₁′）のＸ座標の値x₁′を求める
ことが最も重要である。

手順５ 次に揚げる(11)式により、レンズ上の第２入射点
P₁′（x₁′、z₁′）のＸ座標X₁′を求める。この式(11)
は、次のようにして誘導されたものである。

すなわち、Ｚ軸（光軸）と光路l₀との間の空間
が光源３に対して張る立体角ω₀を求めるに、光
路l₀がＺ軸となす角をθ₀とすると、 即ち求める立体角ω₀は となる。

次に光源３から前記立体角ω₀の範囲内の光が
反射面１ａによつて反射されレンズ２に入射して
いる時のレンズ２上の受光部の平面積S₀は光路
l₀′を通つて入射する点P₀′の距離L′によつて決ま
り S₀＝πL′² ………(6) となる。

以上よりω₀とS₀との比は となる。

同様にして光路l₀，l₁間が光源３に対して張る
立体角ω₁と、前記立体角ω₁の範囲内の光が反射
面１ａによつて反射され、レンズ２に入射して出
来るレンズ２上の平面積S₁を求めると、 S₁＝π（x′²−L′²） ………(9) となる。

従つて、ω₁とS₁との比は となる。

前述の如く、レンズ２の各部に入射する光束量
の密度が一定であるためには、 S₀／ω₀＝S₁／ω₁ であるから、(7)式、(10)式から、 これを整理して を得る。

ただし、 Ｌ≒０、Ｌ≠０ L′≒０、L′≠０ Ｌ≠L′ である。

手順６ 前記のレンズの式により、手順５で求めた
x₁′に対するＺ座標z₁′を求めて、レンズ上の第２
入射点P₁′（x₁′、z₁′）を定める。

手順７ 以上のようにして求めた各点P_f、P₁、P₁′、の
座標値を用いて、 光源P_fから第２反射点P₁に至る光路l₁、およ
び、第２反射点P₁から第２入射点P₁′に至る光路
l₁′を求め、以下、同様にして順次にこれらの手順
を繰り返して 第３反射点P₂（x₂、z₂） 第３入射点P₂′（x₂′、z₂′） というように、反射面上の点P₂、P₃（図示せず）
……の座標と接線を計算して行き、得られた座標
値に従つて反射面の曲面を設定すればよいのであ
る。ただし計算精度をあげるためには計算点のピ
ツチｐはできるだけ小さく（例えば1/10mm以下の
値）することが好ましく、相当膨大な計算量とな
るのでコンピユーターを用いて計算するのがよい
ことはいうまでもない。このような計算に基づい
て反射面１ａを設定することにより、前面レンズ
２の各フレネルプリズムセグメントに反射面から
の反射光を一定の光束密度を以て入射させること
ができる。

このような計算に基づいて反射面１ａを設定す
ることにより、インナーレンズ２２の外面に設け
た各フレネルプリズムセグメントに反射面からの
反射光を一定の光束密度を以て入射させることが
できる。かくしてインナーレンズ２２に入射した
光は外面のフレネルプリズム２２ａによつて光軸
Ｚに略平行な光としてアウターレンズ２１に入射
し、アウターレンズ２１の内面の魚眼プリズム２
１ａによつて所望の配光特性に制御されて投光さ
れるのである。

尚、上記した実施例に限定することなく、アウ
ターレンズ２１をカバーレンズとして構成し、イ
ンナーレンズ２２の外面に魚眼プリズムを設け、
内面にフレネルプリズムを設けてもよい。

以上詳述した如く、本発明に係る反射面の形成
方法によれば、従来技術における略回転放物面状
の反射面（第２図ａ）の代りに独自の計算により
設定した曲面を有する反射面１ａを用い、前面レ
ンズに入射する反射光の光束密度がレンズの各プ
リズムセグメントに対して略一定となる如く構成
することができる。従つて、本発明方法によれば
従来の灯具における如く光軸から遠ざかる程レン
ズの輝度が低下するという問題点が解消し、レン
ズ前面にわたつて輝度の均一な、優れた配光性能
の灯具が得られる。また、第１図ならびに第２図
に示される従来の灯具においては、前面レンズの
プリズムは光源から入射する直射光を制御するよ
うにプリズム角が設定されるが、本発明方法によ
れば第３図から明らかなように前者に比して小さ
な入射角を以て入射する反射光を制御するように
プリズム角を設定すればよいから、プリズムの角
度は大きくてすみ、従つてプリズムの山の高さは
小さくなる。このためレンズの成形条件が良くな
り、レンズ自体も軽量化できるという効果もあ
る。このように本発明の方法は、従来の車輌用灯
具では得られなかつたすぐれた性能の灯具を提供
し得たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は各々従来の車輌用灯具を示
し、第１図は直射光のみを利用した灯具の一部断
面図、第２図は直射光と反射光を利用型灯具の一
部断面図である。第３図乃至第６図は本発明の車
輌用灯具を示し、第３図Ａは正面図、同図Ｂは図
Ａの−断面図、第４図は本発明方法に係る車
輌用灯具におけるレンズプリズムへの入射光の状
況を示した説明図、第５図は本発明方法に係る反
射面の説明図、第６図は本発明方法の１実施例に
おける反射面設計の計算過程の説明図である。 １……ハウジング、１ａ……反射面、２……前
面レンズ、２ａ……フレネルプリズム、３……光
源、２１……アウターレンズ、２１ａ……魚眼プ
リズム、２２……インナーレンズ、２２ａ……フ
レネルプリズム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジングと前面レンズとにより画成された
   灯室内に光源を配置した車輌用灯具において、前
   面レンズをインナーレンズとアウターレンズとか
   ら成る複合レンズで構成するとともに該インナー
   レンズに複数個のセグメントから成るプリズムを
   具備せしめ、前記インナーレンズのプリズムは入
   射光を略平行光に制御するフレネルプリズムと
   し、アウターレンズは魚眼プリズムとし、かつ前
   記インナーレンズに対向してハウジング側に反射
   面を設け、該反射面を下記の手順に従つて設定す
   ることにより、前記インナーレンズのプリズムの
   各セグメントに入射する光束量と各セグメントの
   平面積との比がすべて略一定となるように構成す
   ることを特徴とする車輌用灯具の反射面の形成方
   法。 手順１ 光源の座標P_f（０、ｆ）のｆの値、反射
   面の第１入射点の座標P₀（Ｌ、０）のＬの値、
   および、レンズの第１入射点の座標P₀′（L′、
   z₀′）のＸ座標L′の値を設定する。 ここに、上記Ｚ座標z₀′の値は、別途定めた
   レンズの式にＸ座標L′を代入して求める。 手順２ 座標P_f（０、ｆ）とP₀（Ｌ、０）とによ
   り、光源P_fから反射面の第１入射点P₀に至る光
   路l₀を求めるとともに、 座標P₀（Ｌ、０）とP₀′（L′、z₀′）とにより、
   反射面の第１入射点P₀からレンズの第１入射
   点の座標P₀′に至る光路l₀′を求め、 手順３ 前記の光路l₀，l₀′から中立線N₀を求める
   とともに、 中立線N₀と垂直に、前記第１入射点P₀にお
   ける接線 ｚ＝a₁x＋b₁ を求める。 手順４ 反射面上における第１入射点P₀の次の
   入射点P₁のＸ座標（x₁＝Ｌ＋ｐ）に対するＺ
   座標z₁を、 微少のｘ増加分の値ｐを設定して、 前記の接線ｚ＝a₁x＋b₁上に、 近似値として定める。 手順５ 次に掲げる(11)式により、レンズ上の次の
   入射点P₁′（x₁′、z₁′）のＸ座標x₁′を求める。 但し、Ｌ≠０、L′≠０、Ｌ≠L′ x′＝反射面上の任意の点Ｐ（ｘ、ｚ）における
   反射光がレンズに入射する点の光軸中心（Ｚ
   軸）からの垂直（Ｘ軸上の）距離 L′＝反射面の最内端の点P₀で反射した光がレ
   ンズ上に入射する点P₀′の光軸中心（Ｚ軸）
   からの垂直（Ｘ軸上の）距離 Ｌ＝上記点P₀の光軸中心（Ｚ軸）からの垂直
   （Ｘ軸上の）距離 ｆ＝焦点距離（光源から上記P₀点までのＺ軸
   上の距離） ｘ＝前記P₁′点に入射する光の反射面上の反射
   点P₁の光軸中心（Ｚ軸）からの垂直（Ｘ軸
   上の）距離 ｚ＝前記P₁点のｚ座標（光軸中心Ｚ軸に沿つ
   た距離） 手順６ 前記のレンズの式により、手順５で求め
   たx₁′に対するＺ座標z₁′を求めて、レンズ上の
   次の入射点P₁′（x₁′、z₁′）を定める。 手順７ 以上のようにして求めたP_f（０、ｆ）、P₁
   （x₁、z₁）、P₁′（x₁′、z₁′）を用いて、 光源P_fから点P₁に至る光路l₁、および、点P₁
   から点P₁′に至る光路l₁′を求め、以下、順次に
   これらの手順を繰り返す。