JPH0428101A - 車両用前照灯の光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車などに装着させる前照灯の光学系に係り
、特に、リフレクタの形状に特徴を有する光学系に関す
るものである。

〔従来の技術〕

第９図は広く用いられている従来例の前照灯を示し、同
図（Ｂ）は水平断面図である。

回転放物面鏡１の焦点Ｆ付近に光源バルブ（図示省略）
が設置されている。

上記光源バルブから出射した光は回転放物面鏡１で反射
されて、光軸Ｚ方向の平行光束となってプリズムレンズ
２に入射する。

プリズムレンズ２に入射した平行光束は、該プリズムレ
ンズ２によって左右に角θ。ずつ拡散される。

この型式の従来例の前照灯の配光パターンは、第９図（
Ａ）に示すごとく左右に角θ、の範囲にわたり、比較的
−様な配光となる。

しかし、望むらくはプリズムレンズ２を用いないで、素
通しのレンズ、若しくは素通しに近い簡単なプリズムレ
ンズを用いても所望の配光パターンが得られるような光
学系の開発が期待されている。

第１０図は上記と異なる公知例を示す。

同図（Ｂ）に見られるごとく、この公知例の拡散形リフ
レクタ３は、点Ｆから出射した光を受けて、該リフレク
タの中央部では光軸２と略平行に光を反射し、周辺部に
移るにつれて光軸Ｚに対して開く（前方で拡開する）方
向に光を反射し、左右両端部においては角θ１で開く方
向に反射する。

この形式の前照灯の配光パターンは、同図（Ａ）に示さ
れるごとく、左右の両端部において照射光量が過小とな
る。

その上、破線で示した位置に補助球面鏡４を設けること
ができない。

上記第１０図の公知例の欠点を解消し、前記補助球面鏡
の設置が可能で、かつ、左右両端部の光量が大きいよう
に改良した例として第１１図の構成が公知である。

この公知例の特殊リフレクタ５は、点Ｆから出射した光
を、中央部において角θ１だけ外側へ開く方向に反射し
、左右両端部においては光軸と平行な光束となるように
反射する。

しかし、この公知例（第１１図）の前照灯においては、
同図（Ａ）に配光パターンを示すごとく、中央部付近の
光量が不足する。

上述の各公知例の欠点を解消して、任意の配光特性が得
られるように改良された灯具用反射鏡として、特開昭６
０−８６５０２号・灯具用反射鏡が公知である。

上記公報に開示された灯具用反射鏡は、同公報の第６図
、第７図に示されているような形状をなしていて、光源
から反射面に向けて入射する光の光軸に対する角度θと
、光源の光度工０と、反射光の光軸に対する角度αとを −Ｉｇｃｏｓθ＝Ａｓｉｎａ−ＣＢ＋Ａａ）ｃｏｓα＋
ｃなる関係に保つと共に、光源から出射した光が光軸に
対して角度θで入射する点の座Ｉｆ　ＣｘＩ、ｚ＋）と
、同じく角度θ十Δθで入射する点の座標（Ｘ２９２ｇ
）との関係が、 によって表わされる連続曲線をＺ軸の回りに回転せしめ
てなる曲面を有し、かつ、前記の角度θをθ≧０、角度
αをα≦０に設定すると共に、角度θの増加に伴って角
度αが減少するように設定したものである。

この公知技術、によれば、同公報の第８図に示されてい
るように左右方向の配光設計の自由度が大きくなるが、
同公報の第９図に示されているように、上下、左右とも
対称形の配光パターンとなる。

こうした現象は、上記公報の灯具用反射鏡が光軸２を中
心とする回転面である以上、避は難い。

このような円形の配光パターン（同公報第９図）は、補
助前照灯としての用途が有るが、主前照灯としては不適
である。

上記の事情に鑑みて、左右方向に角θ１の範囲で均一に
照明され、かつ、補助球面鏡（例えば第１０図（Ｂ）に
示した４）を併用し得る。自動車用前照灯の光学系とし
て、凹面鏡の反射面に対向せしめて光源を設置すると共
に、該凹面鏡の前面開口を覆うレンズを設けてなる前照
灯における反射面の形状および光源の位置を１次のよう
に構成することが考えられる。

（ａ）前記凹面鏡の反射面は、焦点を共有する多数の回
転放物面を繋ぎ合わせた形状をなし、（ｂ）上記多数の
回転放物面のそれぞれの中心軸は灯具の光軸に対し、水
平面内で交わり。

（Ｃ）上記光軸と中心軸との交角は、当該凹面鏡の中心
部付近においては、左、右両側へ角θ、ずつ傾斜し、該
交角は、凹面鏡の左右両端部においては内側へ角θ、ず
つ収束方向に傾斜し、この間で漸次に変化している。

上記の構成は、本発明者が創作して別途出願中（特願昭
６３−３００９７３）のものである（以下、先願という
）。

上記先願の構成によれば、 焦点から出て回転放物面で反射され左光は光軸と平行に
なるの、で、反射光の方向は水平面内において、角θか
ら角−θまでの間にほぼ一様に分布される。

その上１反射面の中央部は左右に各角θ、の拡散方向に
反射するので、この左、右それぞれの角θ、の範囲（角
２θの範囲）に補助球面鏡を設けることが出来る。

第１２図は、前記先願の発明に係る光学系における特殊
リフレクタ６を示し、第１２図（Ａ）は模式的な水平断
面図、第１２図（Ｂ）はその説明図である。

第１２図（Ｂ）においてＺは灯具の光軸、Ｘは光軸と直
交する水平軸である。

点Ｆを焦点とし、光軸２に対して右回りに傾斜した中心
軸Ｚｂを有する回転放物面Ｐｂを想定する。

さらに、点Ｆを焦点とし、光軸Ｚに対して左回りに傾斜
した中心軸Ｚｈを有する回転放物面ｐｈを想定する。

そして、これらの回転放物面Ｐｂ＊　Ｐｄ＊　Ｐｈを相
互に繋ぎ合わせた複数回転放物面を設定し、この複合回
転放物面に沿って反射面を構成する。

上述の第１２図ＣＢ）においては、説明の便宜上、３個
の回転放物面を設定して述べたが、第１２図においては
左、右各８個の回転放物面を設定してこれらを繋ぎ合わ
せた。

第１２図（Ａ）においてＺ、−Ｚｈはそれぞれ８個の回
転放物面の中心軸である。これら８本の中心軸の交点Ｆ
を焦点として、それぞれ回転放物面（図示省略）を想定
する。

本第１図（Ａ）において、 Ｐａは、Ｆを焦点としＺ、を中心軸とした放物面の一部
分である。

Ｐｂは、Ｆを焦点としＺｂを中心軸とした放物面の一部
分である。

Ｐｏは、Ｆを焦点としｚｃを中心軸とした放物面の一部
分である。

Ｐｄは、Ｆを焦点としｚｄを中心軸とした放物面の一部
分である。

Ｐｅは、Ｆを焦点としＺｅを中心軸とした放物面の一部
分である。

Ｐｆは、Ｆを焦点としｚｆを中心軸とした放物面の一部
分である。

Ｐｇは、Ｆを焦点としｚｇを中心軸とした放物面の一部
分である。

ｐｈは、Ｆを焦点としＺｈを中心軸とした放物面の一部
分である。

焦点Ｆに位置せしめた光源（図示せず）から出射して、
回転放物面Ｐａ−Ｐｈでそれぞれ反射した光は、矢印ａ
〜矢印りの如く、中心軸Ｚ、−Ｚｈと平行に反射される
。

このようにして、焦点Ｆに位置せしめた光源（図示せず
）から各方向に出射した光は、矢印ａ〜同りの如く左、
右方向に角±θ、の範囲内に拡散される。

回転放物面ｐ、−ｐｈで反射された矢印ａ　−ｈの光は
、矢印ａの如く右向きの光はど光束密度が大きく、矢印
りの如く左向きの光はど光束密度が小さいので、第１３
図（Ａ）に示すような配光パターンとなる。

第１２図（Ａ）において、図の左半部には光路の記入を
省略したが、光軸Ｚに関して左右対象な光路が形成され
る。

従って、左半部によって生じる配光パターンは第１３図
（Ｂ）の如く、前述した同図（Ａ）と左右勝手違いとな
る。

従って、本例の前照灯全体としての配光パターンは、第
１３図（Ａ）と第１３図（Ｂ）とを加え合わせた第１３
図（Ｃ）のごとくになり、好適な配光特性が得られる。

すなわち、左右に角θ、の範囲内で均一な照度分布が得
られる。

さらに、第１２図（Ａ）から容易に理解されるように、
反射光の光路（矢印ａ　＝　ｈ　）は、本例の特殊リフ
レクタの中央正面の部分を通らないので、第１４図の如
く補助球面鏡４を設置するに好適である。

本例（第１４図）のように補助球面鏡４を併設すると、
光源（焦点Ｆに位置している）から前方の角２θ、の範
囲の光束も有効に利用できる。この先願の発明を適用す
ると、第１３図について説明した配光パターンが得られ
るので〜前面レンズとして素通しレンズ８を用い得る。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上に説明したように、先願の発明に係る光学系によれ
ば、はとんど素通しのレンズを用いて、前照灯の正面を
中心として、光軸２に対して角θ、をなす範囲を均一に
照明することができる。

しかしながら、前記先願の発明においては、配光パター
ンにおける左右の照度分布のみを考慮しており、上下の
照度分布について配慮されていなかった。

このため、実用面において、例えばフォグランプのよう
な補助前照灯のごとく上下方向の照度分布を問題としな
い前照灯においては前記先願の発明に係る光学系はきわ
めて有効であり、価値が高いが、左右、上下の配光を問
題とする場合には必ずしも充分でない。

すなわち、例えば第１５図のように、左、右方向に角θ
Ｈ２θＨ′の範囲、かつ、上、下方向に角θＶ、θＶ′
の範囲というように、構成目標とする配光パターンを与
えられたとき、前記先願に係る発明を適用して、この第
１５図に与えられた配光パターンを得ることは困難であ
る。

また、前記先願に係る光学系を適用してリフレクタの水
平断面を設定するとともに、 該リフレクタの光軸Ｚに平行な垂直面による断面形状を
放物面状に構成すると。

左右方向には角θ１範囲内で所望の配光が得られ、一方
、上下方向についてはフィラメントの大きさから生じる
拡散によって若干の配光が得られるが、所望の配光とな
るように設計的に意図することが困難である。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、前記先願
の発明が平面的（すなわち、左右方向の配光のみを考慮
していた）であったことを改良し。

立体的（すなわち、上下方向の配光にも配慮した）配光
設計に好適な車両用光学系を提供しようとするものであ
って、具体的には、 イ、プリズムレンズを使用しなくても、左右、上下、各
方向に所望の配光特性が得られ、口、中心部の集、光度
を任意に設定することができ。

ハ、リフレクタの外形に拘束されず所望の配光が得られ
る、車両用前照灯の光学系を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

前記先願の発明においては光軸Ｚを含む水平面内におけ
る配光を工夫したが。

本発明の基本的原理を比喰的に言えば、上記の水平面を
光軸Ｚの回りに回転させながら、複数の回転角位置にお
いて該回転する面状における配光を設計的に制御する。

上述のｍ理に基づく具体的な構成として、本発明に係る
車両用前照灯の光学系は、 車両に装着した状態における該車両の進行方向の水平線
を２軸とし、 上記Ｚ軸と直交する水平線をＸ軸、垂直線をＹ軸とし、 Ｚ軸を含み、Ｘ軸に対して角ｎをなす多数の面Ｎを想定
し、 下記のごとく構成された面をリフレクタの少なくとも一
部分に使用したことを特徴とする。

ａ、Ｚ軸上の１点Ｆから出射して、リフレクタ上の点し
に入射した光の反射光は、上記の点りを含む面Ｎ上にあ
る。

ｂ、上記反射光が２軸となす角θは、リフレクタと２軸
との交点に近いほど大きく、該交点から遠いほど小さく
、リフレクタの周辺部における反射光はＺ軸と略平行と
なる。

Ｃ６垂直面となす角がｎである多数の面Ｎごとに、反射
光が２軸となす角の最大値をθ、ａχ。とじたとき、 角ｎの大きい面Ｎはどθ、ａχ。が大きく、角ｎの小さ
い面Ｎはどθ、ａχ。が小さい。

ただし、角ｎは変数である。

従って、該角ｎの変化に伴い、面ＮはＺ軸を中心として
回転方向に変位する。

〔作用〕

上記の構成によれば、光軸２を含む面を回転させながら
、何れの回転角位置について見ても、リフレクタによる
反射光がレンズの助けを借りずに所望の照度分布、を形
成する。

特に、リフレクタの周辺部における反射光が光軸Ｚと略
平行に反射され、中心部の高照度区域（ホットゾーン）
を形成する。

リフレクタ周辺部での反射光がホットゾーンを形成する
構成であるから、該リフレクタの輪郭形状に拘束されず
に所望の配光パターンを形成することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る車両用前照灯の光学系の一実施例
を模式的に描いた斜視図であって、１１は本発明を適用
して構成したりフレフタである。

Ｚは上記リフレクタ１１の光軸であって、水平ならしめ
て使用される。

上記光軸Ｚ上の点Ｆは理論上の焦点であって、以下の説
明は此処に点光源を置いた場合について述べる。

上記リフレクタ１１と点光源とによって構成されている
前照灯の前方（矢印Ｚ方向）に垂直なスクリーン１２を
置いた場合について考えるものとする　Ｘ　／はスクリ
ーン上の水平軸、Ｙ′はスクリーン上の垂直軸である。

光軸Ｚを含み、垂直軸Ｙに対して角ｎ０をなす面Ｎｎ。

を考える。上記のｎは変数であり、この角ｎの変化に伴
って面Ｎｎ。は光軸Ｚを中心として回転する。

第１１図は、この角ｎ０が成る一つの値をとった状態を
描いである。

図示のｌｌａは光源バルブ取付孔である。

図示の円弧状の曲線り、−ＬＳは面Ｎｎ。にょろりフレ
フタ１１の切口である。

上記の切口の曲線上で、光軸Ｚに最も近い点がＬｓであ
り、最も遠い点がＬｅである。

リフレクタ１１の周辺部に相当する点Ｌｅに入射して反
射された光（矢印ｉ）は、光軸Ｚと平行に（すなわち、
光軸２との交角０°で）反射する。

従って、灯具前方に充分の距離（例えば１０メートル）
を置いて設置されたスクリーン上１２上で、上記の平行
光束（矢印ｉ）は、該スクリーンと２軸との交点０の近
傍に入射してホットゾーン（中心部の高照度区域）を形
成する。

その理由は、前記の面Ｎ０′を回転させて各種の角位置
をとらせても、周辺部における反射光は総べて光軸Ｚと
平行となって中心部に集中するからである。

次に、最も光軸Ｚに近い点Ｌｓにおける反射光（矢印ｊ
）は、光軸２となす角が最大のθ、ａχ。

どなる。

前記の円弧上の切口曲線上の各点で反射した光は１点Ｌ
ｅに近いほど光軸Ｚとの交角が小さくなり、点ＬＳに近
いほど光軸Ｚとの交角が大きくなって角θ、ａχｎ′に
近づく。

リフレクタ１１をどのような形状に構成して上記のよう
な性能を持たせるかについては、第５図その他を参照し
て後述する。

前記の矢印ｊの反射光は、前記の面Ｎ。。に沿って進行
してスクリーン１２に達し、角θ＋ｓａχｎ′に相当す
る点Ｌ６′を照射する。

第１図に示したスクリーン１２上の照度分布を反矢印Ｚ
方向に見た配光パターンの平面図を第２図に示す。

前記の角がｎｏであるとき、反射光は面Ｎｎ。とスクリ
ーン１２との交線１３上に達し、光の広がりはθ、ａχ
ｎ′となる。

前記の角ｎ０が小さくなれば、光の広がり角θ。

ａχｎ。が小さくなり、 上記の角ｎ０が大きくなれば、光の広がり角θ。

ａχｎ。が大きくなるようにリフレクタ１１の反射面形
状を設定する（設計方法は第５図について後述）。

これにより、ｎｏが００のときのθ、ａχｏ０が最も小
さく、ｎｏが９０°のときのθ、ａχ９０’が最も大き
くなり、 第２図に示すごとく配光パターンは左右方向に広く、上
下方向に狭くなる。二九は自動車用前照灯として好適な
配光特性となるように設定したものである。

そして、光軸Ｚとスクリーンとの交点０の近傍には中心
集光部（ホットゾーン）１４が形成される。

第３図は、上、掲の第２図に対応せしめて描いたりフレ
フタ１１の平面図、ｌｌａは光源バルブ取付孔である。

点Ｌ　Ｓ　ｖ点Ｌｅは第１図について説明したごとくで
ある。

斜視図である第１図において円弧状をなしていた曲線Ｌ
ｅ−Ｌｓは、平面図である第３図においては直線状をな
している。その理由は、本第３図において前記の面Ｎｎ
′が紙面と直角をなしているからである。

第３図に示したＬｎは、切口の線Ｌｅ−Ｌｓの長さ、Ｌ
、は任意の点までの長さを表わしている。

第３図に示したりフレフタ１１によって反射された光束
がスクリーン上に第２図の配光パターンを形成する。

次に、再度、第３図のりフレフタ１１上の反射点の位置
と、第２図の配光パターン上に反射光が到達する位置と
の対応関係について整理して述べる。

第３図において、ＩＶ−ＩＶ上の最外側の点Ｌｅで反射
した光は第２図の中心集光部１４に到達する。

第３図において、ＩＶ−ＩＶ縁線上最も内側の点ＬＳで
反射した光は第２図において、面Ｎによる切口の線１３
上の、配光区域の最外側の点１３ｓに到達する。

第３図におけるＩＶ−ＩＶ縁線上、点ＬＳから距離Ｌｉ
だけ離れた点ｍで反射した光は、第２図の切口の線１３
上で、前記の点１３ｓから角θ省だけ離れた点ｍ′に到
達する。

上記第３図のｍＶ−ＩＶ断面を第４図に示す。

次に、このような反射性能を有するリフレクタ１１の形
状を設計的に求める方法を第５図について説明する。

この図は、前述の面Ｎｎ。上に想定した直交座標を描い
てあり、Ｚ軸は前述の光軸である。

Ｘ′軸は、上記の２軸と直交する、面Ｎｎ。上の座標軸
である。

点Ｆは座標原点であり、点光源を配置する位置である。

なお実用上の問題として、点光源を用い得ないので、こ
の点Ｆ、には光源（フィラメント）の中心を位置せしめ
れば良い。

点（Ｘ工、２□）を考える。

矢印ｍは、点光源Ｆから出射して点（Ｘｌ、　Ｚｌ）に
入射する光の光路、Ｄ、はその入射角である。

点（Ｘｚ＋Ｚｉ）の座標が与えられれば、矢印ｍの方程
式や入射角Ｄ１は容易に求められる。

次に、所望の反射方向（矢印ｑ）を任意に設定する。こ
の矢印ｑは、目標とする配光パターンが得られるように
設定すれば良い。

これにより、矢印ｍの入射光と矢印ｑの反射光との為す
べき角φが定まる。

上記の角φに基づいて、その二等分線ｋを求める。

さらに、上記の二等分線ｋを法線とする反射面１５を求
める。

Ｂｌは上記反射面と面Ｎ。。との交線のＺ截片である。

次に、点（Ｘ　ｚ　＋　Ｚ　ｚ　）を通る反射面１６を
求める。

このようにして微少反射面を順次に求めてゆきそれらの
包絡面としてのりフレクツ１１反射面を求める。

この演算を筆算で行うと多大の時間と労力とを要するの
で非実用的であるが、電算機を用いると迅速かつ容易に
演算することができ、実用的な経済性をもって本発明に
係る演算を実施し得る。

前掲の第１図は、本発明における面Ｎが任意の角位置ｎ
’となった状態を描いたものであったが、特殊な場合と
して、ｎ＝ｏ°の場合と、ｎ＝９０゜の場合とを図示す
ると第６図のごとくになる。

点Ｆから出射して、リフレクタ１１の右端中央で光軸Ｚ
と平行に反射した矢印１７ｒの反射光束と、 点Ｆから出射して、リフレクタ１１の左端中央で光軸Ｚ
と平行に反射した矢印１７Ｑの反射光束と、 点Ｆから出射して、リフレクタ１１の上端中央で光軸２
と平行に反射した矢印１７ｕの反射光束と、 点Ｆから出射、して、リフレクタ１１の下端中央で光軸
２と平行に反射した矢印１７ｄの反射光束とは、矢印１
８のどとく配光パターンの中央部に集中して中心集光部
（ホットゾーン）１４を形成する。

上記リフレクタ１１の垂直断面図を第７図に示す。ただ
し１本例のりフレフタ１１は上下対称であるから上半部
のみを描いて下半部を省略した。

また、上記リフレクタ１１の水平断面を第８図に示す０
本例のりフレフタ１１は左右対称であるから右半部のみ
を描いである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る車両用前照灯の光学系
によれば、 リフレクタで反射された光束によって、はぼ所望の配光
パターンが形成されるので、前面レンズを省略し、若し
くは前面レンズの構成を著しく簡略化することができる
。

しかも、リフレクタの外形の輪郭に拘束されることなく
、上述のごとく所望の配光パターンが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明の一実施例を示し、第１図
は模式的に描いた斜視図、 第２図は配光パターンを説明するための平面図、第３図
はりフレフタの平面図。 第４図はりフレフタの断面図に光路を付記した説明図、 第５図はりフレフタの設計手法を説明するための図表、 第６図は模式的な斜視図、 第７図はりフレフタの垂直断面図、 第８図は同じく水平断面図である。 第９図ないし第１１図は従来の技術に関する説明図であ
る。 第１２図ないし第１４図は先順に係る発明の説明図、第
１５図は上記先願に係る発明における課題の説明図であ
る。 １・・・回転放物面鏡、２・・・プリズムレンズ、３・
・・拡散形リフレクタ、４・・・補助球面鏡本発明を適
用した特殊凹面鏡、、８・・・素通しレンズ、１１・・
・リフレクタ、１３・・・面Ｎによるリフレクタの切口
、１４・・・中心集光部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車両に装着した状態における該車両の進行方向の水
   平線をＺ軸とし、 上記Ｚ軸と直交する水平線をＸ軸、垂直線をＹ軸とし、 Ｚ軸を含み、Ｘ軸に対して角ｎをなす多数の面Ｎを想定
   し、 下記のごとく構成された面をリフレクタの少なくとも一
   部分に使用したことを特徴とする、車両用前照灯の光学
   系。 ａ、Ｚ軸上の１点Ｆから出射して、リフレクタ上の点Ｌ
   に入射した光の反射光は、上記の点Ｌを含む面Ｎ上にあ
   る。 ｂ、上記反射光がＺ軸となす角θは、リフレクタとＺ軸
   との交点に近いほど大きく、該交点から遠いほど小さく
   、リフレクタの周辺部における反射光はＺ軸と略平行と
   なる。 ｃ、垂直面となす角がｎである多数の面Ｎごとに、反射
   光がＺ軸となす角の最大値をθｍａｘｎとしたとき、 角ｎの大きい面Ｎほどθｍａｘｎが大きく、角ｎの小さ
   い面Ｎほどθｍａｘｎが小さい。 ただし、角ｎは変数である。