JPH03724B2 - - 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
する光が略平行光源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、同図Ａ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。

また同図Ｂは灯室内に複数個の光源を配置した
多灯式の灯具を示しているが、この場合も光軸
Ｚ、Ｚの中間部分が光量の少ないダーク部分とな
り、レンズ面の輝度が不均一なものとなる。

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
ではない。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
ンズに対向してハウジング側に反射面を設け、か
つ前面レンズに複数個のセグメントから成るフレ
ネルプリズムを具備せしめ、該フレネルプリズム
のうち光源バルブソケツトに対向する部分は反射
系フレネルプリズム、他の部分は屈折系フレネル
プリズムとし、さらに該屈折系フレネルプリズム
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。

なお、以下の説明においては、主として複数個
の光源を灯室内に配置した多灯式の灯具の場合に
ついて述べるが、本発明は特に多灯式の場合に限
定されるものではなく、単灯式の灯具についても
同様に適用し得るものである。

第３図は本発明による車輌用灯具の１実施例を
示した部分断面図で、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３ａ，３ｂが配置されてい
る。光源３ａ，３ｂを通る中心線Ｚ，Ｚが灯具の
光軸である。前面レンズ２はそのハウジング側内
面に複数個のセグメントから成るフレネルプリズ
ム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを具備している。また
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，１ｂとなつて
おり、光源３から放射される光をこの反射面１
ａ，１ｂで反射して前面レンズ２のフレネルプリ
ズム２ａ，２ｃに入射せしめる如く構成されてい
る。

光源バルブ３ａ，３ｂはそれぞれソケツト３１
ａ，３１ｂを介してホルダー３２ａ，３２ｂによ
りハウジング１に固定されている。前面レンズ２
に具備されたフレネルプリズムのうち、前記反射
面１ａ，１ｂからの反射光の入射するフレネルプ
リズム２ａ，２ｃは屈折系フレネルプリズムとな
つており、前記反射光が入射せず光源３ａ，３ｂ
の直射光の入射する光源バルブソケツト３１ａ，
３１ｂに対向する部分のフレネルプリズム２ａ、
２ｂは反射系フレネルプリズムとなつている。

そして本発明においては、前記フレネルプリズ
ム２ａの各セグメントに反射面１ａ，１ｂ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，１ｂ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の
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S_o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２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Ｏ（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（Ｏ、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＝Ｏ、Ｚ座標＝ｆの点（Ｏ、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、Ｏ）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（Ｏ、ｆ）と反射面の第１入射点P₀（Ｌ、Ｏ）
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線方向に微小寸法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Ｏ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２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 次に掲げる(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≒Ｏ、Ｌ≠Ｏ L′≒Ｏ、L′≠Ｏ 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′に到る光路
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
ができるのである。

第７図は本発明の車輌用灯具の他の実施例を示
した断面図である。この実施例においては、前面
レンズ２のうち光源バルブソケツト３１ａ，３１
ｂに対向する部分（前出第３図の２ｂ，２ｄの部
分）をインナーレンズ４ａ，４ｂを設けた複合レ
ンズとしたものである。光源３ａ，３ｂからの直
射光は一旦インナーレンズ４ａ，４ｂの反射系フ
レネルプリズム４１ａ，４１ｂに入射されたのち
前面レンズ２の屈折系フレネルプリズムを経て投
光される。従つて本例によれば、前例における如
き前面レンズの屈折系フレネルプリズムと反射系
プリズムの不連続感を解消することができる。

第８図は本発明の車輌用灯具のさらに他の１実
施例を示した断面図である。本例においては、前
面レンズ２は全体としてアウターレンズ２１とイ
ンナーレンズ２２とから成る複合レンズとして構
成されている。この場合のインナーレンズ２２は
前出第３図の例の場合の前面レンズ２と同様、屈
折系フレネルプリズム２２ａ，２２ｃと反射系フ
レネルプリズム２２ｂ，２２ｄを具備したもので
あるが、アウターレンズ２１には魚眼プリズム２
１ａを備えている。光源３ａ，３ｂから放射され
反射面１ａ，１ｂで反射されてインナーレンズ２
２に入射する光ならびに光源３ａ，３ｂから直接
インナーレンズ２２に入射する光は、インナーレ
ンズ２２のフレネルプリズムで略平行光に制御さ
れてアウターレンズ２１に入射し、アウターレン
ズ２１の魚眼プリズム２１ａで所要の配光規格に
応じた配光パターンを得る如く制御されて灯室外
に投光される。

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，１ｂ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Ａ，Ｂおよび第２図はそれぞれ車輌用灯
具の従来例を略示した断面図、第３図は本発明に
よる車輌用灯具の形成方法の１実施例を略示した
部分断面図、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、第７図は本発明
による車輌用灯具の他の実施例の断面図、第８図
はさらに他の１実施例の断面図である。 １……ハウジング、１ａ，１ｂ……反射面、２
……前面レンズ、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ……フ
レネルプリズム、２１……アウターレンズ、２１
ａ……魚眼プリズム、２２……インナーレンズ、
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ……フレネルプ
リズム、３，３ａ，３ｂ……光源、３１ａ，３１
ｂ……ソケツト、３２ａ，３２ｂ……ホルダー、
４ａ，４ｂ……インナーレンズ、、４１ａ，４１
ｂ……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
   面レンズに対向してハウジング側に反射面を設
   け、かつ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具備せしめ、該フレネル
   プリズムのうち光源バルブソケツトに対向する部
   分は反射系フレネルプリズムを設けると共に、他
   の部分は屈折系フレネルプリズムを設け、さらに
   前記反射面を下記の手順に従つて設定することに
   より、前記屈折系フレネル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（Ｏ、ｆ）のｆの値、反射面の第
   １入射点の座標P₀（Ｌ、Ｏ）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（Ｏ、ｆ）とP₀（Ｌ、Ｏ）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、Ｏ）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≠Ｏ、L′≠Ｏ、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（Ｏ、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。