JPH0650107U - プロジェクタ型前照灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プロジェクタ型前照灯を構成する投影レンズ
において色収差に起因する色縞が配光パターン上で目立
たないようにする。 【構成】 プロジェクタ型前照灯１は、反射面３による
反射光を反射面の第２焦点Ｆ２近傍に配置された遮光板
５の上縁近傍に集光し、カットラインを有するパターン
像を規定してから投影レンズ８を介して投影する。投影
レンズ８を正面から見たときに上側領域１０の焦点Ｆｕ
（後方焦点距離＝Ｂｆｕ）を遮光板５の上縁前端に位置
させ、下側領域１１の焦点Ｆｄ（後方焦点距離＝Ｂｆｄ
（≧Ｂｆｕ））を焦点Ｆｕの下方に位置させ、両領域１
０、１１の境界領域として２次曲面領域９を設ける。焦
点Ｆｕから出て下側領域１１を通る青色光は下向きに曲
げられカットラインの下方に向けられる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案プロジェクタ型前照灯は、投影レンズの色収差に起因する色縞の抑制と レンズによる配光パターンの水平拡散を目的とした新規なプロジェクタ型前照灯 を提供しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】

車輌用前照灯として投影器の像映原理を利用したプロジェクタ型前照灯が知ら れており、小径でありながら配光特性に優れ、ホットゾーンが広く均一に分布す る等の利点を有する。

【０００３】 図１１はプロジェクタ型前照灯の構成を概略的に示すものである。

【０００４】 プロジェクタ型前照灯ａは、光源ｂから出射した光のうち楕円反射鏡ｃによっ て反射した光ｌを、遮光板ｄの上縁から前後方向のいずれかに僅かに変位した近 傍位置に集光させて所定の光をカットした後、前方に配置された投影レンズｅに よって遮光板ｄの倒立像を遠方に投影する構造となっており、これによってすれ 違いビームに特有のカットライン（あるいはカットオフライン）が形成される。 尚、図中に１点鎖線で示すＬ−Ｌ線は光軸である。

【０００５】 投影レンズｅは光源側の面が平坦で、出射面が一般には非球面形状とされ、そ の焦点は遮光板ｄの上縁近傍に位置している。

【０００６】 図１２は投影レンズｅの正面形状を示すものであり、投影レンズｅは水平方向 に延びるＲＨ−ＬＨ軸と鉛直方向に延びるＵＶーＤＶ軸との交点Ｏを通りこれら に直交して前後方向に延びる光軸Ｌ−Ｌ（紙面に対して垂直な軸）に関して回転 対称とされ、単一の焦点を有する。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記したようなプロジェクタ型前照灯の問題点として、投影レンズ ｅの色収差により近軸領域から外れた光が分光してカットラインの近傍に虹模様 が現れてしまい、視認性の低下を招くことが知られている。

【０００８】 これは図１１に示すように投影レンズｅの周辺部に入射した光についてレンズ の色収差により分光現象が生じ、青色光ｌｂの方が赤色光ｌｒより光軸側に屈折 されるために起こるものであり、その結果カットラインの近傍に色縞が生じるこ とになり、車輌のピッチング（前後方向の揺れ）時等において、ヘッドライト光 が色味を帯びるため、時として信号灯や標識灯に誤認される虞れがあり走行安全 性に問題を生じ、また、見る角度によってヘッドライト光に赤や青の色変化が生 じるため、道路利用者（対向車の運転者や歩行者）に不快感や眩惑を与えてしま うといった不都合を招く等の問題がある。

【０００９】 尚、図１２の斜線部に示すように、レンズの下縁寄りの領域ｇにおいて青色収 差が目立ち、レンズの上縁寄りの領域ｆにおいて赤色収差が目立つことになるが 、特に青色収差の方が著しく違和感が大きいため、レンズの下半部の形状につい ての改善を必要とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

そこで、本考案は上記した課題を解決するために、反射鏡の第１の焦点位置に 光源を配置し、反射鏡の第２の焦点位置に反射光を集光させ、第２の焦点位置の 近傍に上縁が位置するように配置された遮光板によってカットラインを限定した 後、前方の投影レンズを介してパターン像を投影するように構成されたプロジェ クタ型前照灯において、投影レンズのほぼ中央を水平方向に延びるように位置し た第１の領域の出射面の形状を２次曲面状にするとともに、第１の領域の上側に 位置する第２の領域に係る焦点を遮光板の上縁近傍に位置させ、第１の領域の下 側に位置する第３の領域に係る後方焦点距離を上記第２の領域に係る後方焦点距 離以上とし、第３の領域に係る焦点を第２の領域に係る焦点より下側に位置させ たものである。

【００１１】

【作用】

本考案によれば、レンズの上側部分と下側部分とで焦点位置を鉛直面内でずら すとともに下側部分の後方焦点距離を上側部分の後方焦点距離以上となるように 設計することによって、遮光板の上縁前端部を通過してレンズの下側部分を通る 光を下向きの光に制御することができ、青色光をカットラインの下方に向けるこ とで色収差の低減を図ることができる。

【００１２】

【実施例】

以下に、本考案プロジェクタ型前照灯を図示した各実施例に従って説明する。

【００１３】 図１乃至図５は本考案の第１の実施例を示すものである。

【００１４】 プロジェクタ型前照灯１は図３に示すように、反射鏡の前方に遮光板が配置さ れ、さらにその前方に投影レンズが配置された構成とされている。

【００１５】 図中２は楕円反射鏡であり、光軸（Ｌ−Ｌ）回りの回転楕円面を光軸方向にお いて略半截した形状の反射面３を有している。よって、この反射面３は内側の第 １焦点Ｆ１と外側の第２焦点Ｆ２とを有する。

【００１６】 ４はコイル状のフィラメントであり、その中心軸が前記反射面３の光軸Ｌ−Ｌ に沿うようにして配置されるとともに、その略中心が反射面３の第１焦点Ｆ１に 位置している。従って、このフィラメント４から出射した後反射面３で反射した 光は第２焦点Ｆ２に集光し、それから前方へ拡がって行く。

【００１７】 ５は前方を向いて湾曲した形状を有する遮光板であり、反射面３の光軸Ｌ−Ｌ を横切るようにして配置され、かつ、その上端縁６の高さは光軸Ｌ−Ｌを含む水 平面に近接されている。そして、上端縁６を光軸Ｌ−Ｌを含む鉛直面で２分した ときに片側の上端縁の高さが他方の側の上端縁に比べて稍低くされており、両者 がつながる光軸Ｌ−Ｌの近傍に斜面７が形成されている。

【００１８】 反射面３の第２焦点Ｆ２は、遮光板５の上端縁６の左右方向における中央の真 上から稍前方に寄った光軸Ｌ−Ｌ上、つまり上端縁６の前端に位置している。

【００１９】 ８は遮光板５の前方に配置された投影レンズであり、遮光板５側の面が平坦と された凸平レンズ（つまり、入射側の第１曲面が平面、出射側の第２曲面が凸面 である。）が用いられている。

【００２０】 図１は投影レンズ８の正面図であり、光軸Ｌ−Ｌに一致するｚ軸（図１では紙 面に垂直な軸であり、光源に向かう方向を正方向とする。）に直交して水平方向 に延びる軸をｘ軸（右方を正方向とする。）とし、このｘ軸に直交して鉛直方向 に延びる軸をｙ軸（上方を正方向とする。）とするとともに、これら直交座標軸 の原点が投影レンズ８の頂点Ｏに一致するように座標系を設定している。

【００２１】 投影レンズ８は焦点距離に関して３つの領域に区分されており、光軸に関して 非回転対称の形状とされ、その周縁部８ａがレンズ据え付部となっている。

【００２２】 ｘ軸に沿って水平に延びる長方形状の領域９は２次曲面領域とされ、ｘ−ｚ平 面での断面が２次曲線状をなし、ｙ−ｚ平面での断面が直線状をなす形状を有し ている。

【００２３】 ２次曲面領域９の上下には領域１０、１１がそれぞれ位置しており、上側領域 １０に属するレンズ部分の焦点位置と、下側領域１１に属するレンズ部分の焦点 位置とは異なっている。

【００２４】 上側領域１０のレンズ部は、ｚ軸上に焦点を有し、ｚ軸を回転対称軸にもつ非 球面レンズとされている。

【００２５】 また、下側領域１１のレンズ部は、ｚ軸に平行であってその下側に位置する直 線（つまり、２次曲面領域９と下側領域１１との境界線１２とｙ−ｚ平面との交 点を点Ｃとしたとき、点Ｃと通り図１の紙面に垂直に延びる直線）上に焦点を有 し、この直線を回転対称軸にもつ非球面レンズとされている。

【００２６】 尚、領域１０、１１については一般には非回転対称性の曲面形状を採ることが できる。

【００２７】 図２はｙ−ｚ平面によってプロジェクタ型前照灯１の前寄りの部分を切断した ときの光路図を示すものである。

【００２８】 光線１３に示すようにｘ−ｚ平面の上側領域１０についての焦点Ｆｕ（後方焦 点距離を「Ｂｆｕ」とする。）は遮光板５の上縁前端の光軸上に設定されている 。

【００２９】 また、ｘ−ｚ平面の下側領域１１の焦点Ｆｄ（後方焦点距離を「Ｂｆｄ」とす る。）は上記焦点Ｆｕの下側に設定されている。

【００３０】 つまり、焦点Ｆｄはｙ＝−ΔＤ（但し、ΔＤ＞０）の直線１４と遮光板５との 交点付近とされ、ＢｆｄがＢｆｕに等しくされているが、一般にはＢｆｄ≧Ｂｆ ｕとされる。

【００３１】 図４（ａ）は本実施例における色収差の低減作用について説明するためのグラ フ図であり、投影レンズをｙ−ｚ平面で切断した場合におけるレンズの高さ、つ まりｙ座標と、これに対応した出射光線の方向が光軸に対してなす角度（これを 「θｖ」とし、上向き光をθｖ＞０、下向き光をθｖ＜０と定義する。）との関 係を一例として示すものである。

【００３２】 この例では、Ｂｆｕ＝Ｂｆｄ＝３０（ｍｍ）であり、焦点Ｆｕに青色光源（４ ８６ｎｍ）を置いて光線追跡を行ったときの特性曲線を示しており、ΔＤを０、 １、２、３（ｍｍ）と変化させた場合のグラフ曲線がそれぞれＶ（０）、Ｖ（１ ）、Ｖ（２）、Ｖ（３）である。

【００３３】 尚、図４（ｂ）の光路図は諸定数の定義を示すものであり、点Ｐは主点、ｆは 焦点距離である。

【００３４】 グラフ曲線から明らかなようにΔＤ≧２（ｍｍ）とすれば、レンズの下側部分 においてθｖ＜０、つまり、出射光線が下向きに制御され、よって、青色光をカ ットラインの下側に向けることができるため、色収差が目立たなくなる。

【００３５】 つまり、レンズの下側部の光軸を上側部の光軸より下方にずらすことによって レンズの下側部を通る光を下向き光とすることができる。

【００３６】 尚、角度θｖのおおよその値を求めるには「ΔＤ＝ｆ・Ｔａｎθｖ」の式を用 いれば良い。

【００３７】 図５はプロジェクタ型前照灯１によって得られる配光パターン１５を示すもの であり、図中に２点鎖線で示すパターン１６が２次曲面領域９のレンズ部分によ って得られるパターンを示し、実線の等カンデラ線で示すパターン１７が領域１ ０のレンズ部分によって得られるパターン（その上縁が実線のカットライン１７ Ｃにより裁断される。）、また、破線の等カンデラ線で示すパターン１８が領域 １１のレンズ部分によって得られるパターン（その上縁が破線のカットライン１ ８Ｃにより裁断される。）を示している。

【００３８】 尚、図中「Ｈ−Ｈ」は水平線を示し、「Ｖ−Ｖ」は鉛直線を示す。

【００３９】 図示するように上側領域１０によるパターン１７は水平線Ｈ−Ｈの直ぐ下側に 位置し、その稍下に２次曲面領域９によるパターン１６が位置し、下側領域１１ によるパターン１８が三者のうちで最も下側に位置する。

【００４０】 領域１０、１１の存在によってカットラインは２つ形成されることになるが、 下側領域１１のパターン１８が上側領域１０や２次曲面領域９のパターン１７、 １６に重なるため下側のカットライン１８Ｃは目立たなくなる。

【００４１】 次に本考案の第２の実施例に係るプロジェクタ型前照灯１Ａを図６乃至図９に 従って説明する。

【００４２】 尚、この第２の実施例に示す投影レンズ８Ａが前記第１の実施例に示す投影レ ンズ８と相違する点は、第２の実施例の投影レンズ８Ａでは領域１０、１１をさ らに細分化した点である。従って、以下では両者の相違点を中心にして説明し、 第１の実施例１と機能上相違しない部分についてはその各部に第１の実施例１に おける各部に付した符号と同じ符号を付することによって説明を省略する。

【００４３】 図６は投影レンズ８Ａの正面図であり、光軸Ｌ−Ｌに一致するｚ軸（光源に向 かう方向を正方向とする。）に直交して水平方向に延びる軸をｘ軸（右方を正方 向とする。）とし、このｘ軸に直交して鉛直方向に延びる軸をｙ軸（上方を正方 向とする。）とするとともに、これら直交座標軸の原点が投影レンズ８Ａの頂点 Ｏに一致するように座標系を設定している。

【００４４】 投影レンズ８Ａの中央には、ｘ軸に沿って水平に延びる長方形状の２次曲面領 域９が位置し、該２次曲面領域９を挟んでその上下には領域１９、２０が位置し ている。

【００４５】 ｙ−ｚ平面の左側に位置する左側領域１９は、点Ｏを中心として所定の中心角 をもった扇形の領域とされ、球面レンズ状をしている。

【００４６】 また、ｙ−ｚ平面の右側に位置する右側領域２０は、２次曲面領域９の下側境 界とｙ−ｚ平面との交点Ｃを中心として所定の中心角をもった扇形の領域とされ 、点Ｃを通りｚ軸に平行な軸を回転対称軸とする非球面レンズ状をしている。

【００４７】 領域２１、２２はｙ軸に沿って位置され、領域２１がｘ−ｚ平面の上側に位置 し点Ｏを中心として所定の中心角をもった扇形の領域とされ、領域２２がｘ−ｚ 平面の下側に位置し点Ｃを中心として所定の中心角をもった扇形の領域とされて いる。

【００４８】 左側領域１９と上側領域２１との間に位置する領域２３、左側領域１９と下側 領域２２との間に位置する領域２４、右側領域２０と上側領域２１との間に位置 する領域２５、右側領域２０と下側領域２２との間に位置する領域２６は移行領 域とされ、これらの領域は隣接する領域との境界において後方焦点距離が連続す るように各位置での後方焦点距離が徐々に変化するように設計されている。

【００４９】 図７はｙ−ｚ平面によってプロジェクタ型前照灯１Ａの前寄りの部分を切断し たときの光路図である。

【００５０】 光線２７に示すように上側領域２１のレンズ部分は、後方焦点距離Ｂｆｕの定 焦点Ｆｕを有し、該焦点Ｆｕは遮光板５の上縁前端の光軸上に位置されている。

【００５１】 また、光線２８に示すように下側領域２２のレンズ部分は、後方焦点距離Ｂｆ ｄ（＞Ｂｆｕ）の焦点Ｆｄを有し、該焦点Ｆｄは点Ｃを通りｚ軸に平行な直線１ ４上に設定されている。

【００５２】 図８はｘ−ｚ平面によってプロジェクタ型前照灯１Ａの前寄りの部分を切断し たときの光路図である。

【００５３】 光線２９に示すように左側領域１９のレンズ部分は出射面側が半径Ｒの球面形 状とされ、後方焦点距離がＢｆｓであって焦点Ｆｕの後方に位置された焦点Ｆｓ を有する。

【００５４】 また、光線３０に示すように右側領域２０のレンズ部分は後方焦点距離Ｂｆｔ （＜Ｂｆｓ）であって焦点Ｆｕの後方に位置された焦点Ｆｔを有する。

【００５５】 よって、２次曲面領域９はｙ−ｚ平面に関して対称ではなく、半径Ｒの球面と 後方焦点距離Ｂｆｔの２次曲面とをｙ−ｚ平面において繋ぎ合せた形状をしてい る。

【００５６】 図９はプロジェクタ型前照灯１Ａによって得られる配光パターンと、光軸回り の回転対称性を有する非球面レンズを投影レンズに用いた従来のプロジェクタ型 前照灯によって得られる配光パターンとを対比させて両者の違いを概略的に示す ものであり、実線の等カンデラ線で示すパターン３１が本実施例に係る配光パタ ーンを示し、破線の等カンデラ線で示すパターン３２が従来の配光パターンを示 している。尚、図中「Ｈ−Ｈ」は水平線を示し、「Ｖ−Ｖ」は鉛直線を示す。そ して、水平線Ｈ−Ｈの直下に位置する「ＣＬ」はカットラインを示す。

【００５７】 図示するように、本実施例によるパターン３１の方が水平方向への拡散角が大 きいが、これは主に領域１９、２０の作用による。

【００５８】 尚、カットラインＣＬの上方の部分については、ｘ−ｚ平面の上側の移行領域 ２３、２５や領域１９、２０からの光の寄与があり、この光により水平線Ｈ−Ｈ の上方に位置する標識等を視認しやくなるとともに、カットラインの周辺部が稍 ボケ気味になって色ムラが目立たなくなる。

【００５９】 しかして、第２の実施例では、前記第１の実施例と同様に下側部分において青 色光をカットラインの下側に向けることができるため、色収差が目立たなくなる ことはもとより、レンズの作用のみによって水平方向の拡散角を大きくすること ができる。

【００６０】 尚、本実施例及び前記第１の実施例では、凸平状の投影レンズを示したが、図 １０に示す投影レンズ８Ｂのように入射面側を２次曲面状として両凸状に設計し たり、あるいはメニスカス状にしても良いことは勿論である。

【００６１】

【考案の効果】

以上に記載したところから明らかなように、本考案によれば、レンズの下側部 分の焦点をレンズの上側部分の焦点より下方にずらすともに、レンズの下側部分 の後方焦点距離をレンズの上側部分の後方焦点距離以上となるように設計するこ とによって、レンズの下側部分を通る光を下向きの光とし、青色光をカットライ ンの下方に向けることで色収差の影響を抑えることができる。

【００６２】 さらに２次曲面状の領域の上下に隣接する領域についてその後方焦点距離をレ ンズの上側部分の後方焦点距離より大きくすると、水平方向に拡散された配光パ ターンをレンズ作用のみによって得ることができるので、水平拡散作用を作るた めに反射鏡の構造を複雑化させる必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例に係る投影レンズの正面
図である。

【図２】第１の実施例に係る投影レンズの鉛直断面にお
ける光路図である。

【図３】プロジェクタ型前照灯の構成例を概略的に示す
斜視図である。

【図４】（ａ）は第１の実施例に係る投影レンズにおい
て縦断面での色収差について説明するためのグラフ図で
あり、（ｂ）は諸定数の定義等を示す光路図である。

【図５】第１の実施例による配光パターンを概略的に示
す図である。

【図６】本考案の第２の実施例に係る投影レンズの正面
図である。

【図７】第２の実施例に係る投影レンズの鉛直断面にお
ける光路図である。

【図８】第２の実施例に係る投影レンズの水平断面にお
ける光路図である。

【図９】第２の実施例による配光パターンを従来の配光
パターンと対比して示す図である。

【図１０】投影レンズの変形例を示す概略図である。

【図１１】従来のプロジェクタ型前照灯における問題点
を示す灯具の概略的な断面図である。

【図１２】従来のプロジェクタ型前照灯の投影レンズを
示す正面図である。

【符号の説明】

１ プロジェクタ型前照灯 ２ 反射鏡 Ｆ１ 第１の焦点位置 Ｆ２ 第２の焦点位置 ５ 遮光板 ８ 投影レンズ ９ 第１の領域 １０ 第２の領域 Ｆｕ 焦点 １１ 第３の領域 Ｆｄ 焦点 Ｂｆｕ、Ｂｆｄ 後方焦点距離 Ｌ−Ｌ 光軸 １Ａ プロジェクタ型前照灯 ８Ａ 投影レンズ １９、２０ （第１の領域に隣接する）領域 ２１ 第２の領域 ２２ 第３の領域 Ｂｆｓ、Ｂｆｔ 後方焦点距離 ８Ｂ 投影レンズ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射鏡の第１の焦点位置に光源を配置
   し、反射鏡の第２の焦点位置に反射光を集光させ、第２
   の焦点位置の近傍に上縁が位置するように配置された遮
   光板によってカットラインを限定した後、前方の投影レ
   ンズを介してパターン像を投影するように構成されたプ
   ロジェクタ型前照灯において、 （１）投影レンズの略中央を水平方向に延びるように位
   置した第１の領域の出射面の形状が２次曲面状をしてい
   ること、 （２）第１の領域の上側に位置する第２の領域に係る焦
   点が遮光板の上縁近傍に位置すること、 （３）第１の領域の下側に位置する第３の領域に係る後
   方焦点距離が、上記第２の領域に係る後方焦点距離以上
   とされていること、 （４）第３の領域に係る焦点が、第２の領域に係る焦点
   より下側に位置すること、を特徴とするプロジェクタ型
   前照灯。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のプロジェクタ型前照灯
   において、第２の領域と第３の領域が正面から見て鉛直
   方向に沿って配置された扇形の領域とされ、第１の領域
   の上下に隣接する領域に係る焦点が灯具の光軸上に位置
   し、かつ、その後方焦点距離が第２の領域に係る後方焦
   点距離より大きくされていること、を特徴とするプロジ
   ェクタ型前照灯。