JPH03725B2 - - 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す
る光が略平行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。この欠点はテールランプ等の発光面積
の比較的に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するとともに、該フレネルプ
リズムの各セグメントの平面積に応じて光軸と交
差し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で反射して光軸Ｚに交差して前面レンズ２のフ
レネルプリズム２ａに入射せしめる如くして構成
されている。

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からの反射光
を一定の光束密度を以て光軸Ｚに交差して入射せ
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
されて光軸Ｚと交差し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が入射する最内径の半
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の間の立体角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
反射して光軸と交差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３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の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
ができるのである。

以上説明した如く、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、光軸と
交差して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３図に示すように光源からの直射光と
反射面からの反射光とレンズ入射角はかなり接近
するため、直射光も有効に制御しやすく灯具全体
の有効な光量も増加する等のすぐれた性能の灯具
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の車輌用灯具の２例
を略示した各々部分断面図、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。

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るとともに、
   該反射面を下記の手順に従つて設定することによ
   り、光軸と交差して前記各セグメントに入射する
   反射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。