JPH0789445B2 - プロジエクタ型の前照灯 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プロジェクタ型の車輌用前照灯に関するもの
である。

〔従来の技術〕

自動車用前照灯は、自己車線の前方を明るく照射し、し
かも対向車に眩惑を与えないような配光パターンを有し
ていなければならない。

上記の要請に適合する配光特性を有し、レンズ構成が簡
単で、全体形状を小形化し得る前照灯として、プロジェ
クタ型の自動車用前照灯が提案されている。このプロジ
ェクタ型前照灯に関する最新の技術としては、例えば特
開昭58-209801号が公知である。

第12図は上記公知のプロジェクタ型前照灯を示す。この
公知例の前照灯はシェル形反射器が設けられており、こ
の反射器の内側反射面の軸線方向断面が、それぞれ楕円
の一部をなしており、楕円の離心率が、軸線方向垂直長
手断面から軸線方向水平長手断面の方へ増大している車
輌用前照灯において、すべての軸線方向断面の楕円部分
101,102の焦点105が、またすべての軸線方向断面の楕円
部分101,102の対応する頂点104が一致するように構成さ
れている。

110は楕円102の外側焦点、111は調光器（遮光板）、112
は楕円101の外側焦点、113はレンズ、110はその焦点で
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の公知技術によってリフレタクタを構成した場合、 （イ）光源バルブから出射される光束の有効利用率が低
いこと。及び、 （ロ）光度分布特性を任意に設定し難いこと。

といった不具合が有る。次記にこれを説明する。

第13図は前記の調光器（機能に着目して呼称すれば遮光
板、乃至シェードである）111付近の等照度曲線を示す
図表、第14図は当該前照灯によってスクリーンに投光し
た場合の等照度曲線を示す図表である。両図においてＨ
−Ｈは水平線、Ｖ−Ｖは垂直線で、その交点が光軸（紙
面と垂直）である。

シェード111は第13図に示す如く、その頂面のカットラ
イン111aによってＨ−Ｈ線よりも下方の光束の大部分を
遮る。遮られない部分が前方に投射される訳であるが、
第13図に示した焦点110において光束が収束して交差す
るので、スクリーン上の等照度曲線（15図）はこれを反
転した形状となる。

上述の作用から容易に理解されるように、第13図におい
て等照度曲線の最大照度部（同心楕円中の中央の小楕
円）の半分近くがシェード111で覆われている。その結
果、第14図における100luxラインは楕円状を為さず、そ
の半分近くが切り欠かれた形となっている。

前記公知例の前照灯（第12図）は、このように光束の有
効利用率が低い。

また、シェード111設置面における光度分布は第15図に
実線で示したカーブｋの如くになる。この光度分布カー
ブは、前述の楕円の長，短径比のとり方などによって変
化するが一定の傾向を有していて自ずから定まり、設計
的な自由度が無い。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、光源から
出射する光の有効利用率大きく、しかも光度分布を任意
に設定し得る、プロジェクタ型前照灯を提供しようとす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成する為、本発明のプロジェクタ型の前
照灯は、反射鏡の焦点近傍に光源バルブを設置し、上記
の光源から出射した光が反射鏡で反射されてカットライ
ンを有するシェード近傍で焦点を結び、凸レンズによっ
て前記反射光を前方に投射するプロジェクタ型車輌用前
照灯において、前記反射鏡が、前記光源バルブから入射
した光を反射して、前記凸レンズのメリジオナル像面付
近に位置せしめたシェードのカットラインよりも上方
に、かつ光軸の上方に隣接せしめて、最大光度区域を形
成せしめるように構成されていることを特徴とする。

〔作用〕

前記のように構成した前照灯においては、シェード近傍
における最大照度の区域がシェードのカットラインより
も上方に形成され、この最大照度部がシェードで遮られ
ないので光束の有効利用率が高い。

その上、前記反射鏡、光源バルブからの入射光をシェー
ドのカットラインの上方に集光するように構成すれば良
く、例えば回転放物面や回転楕円面などのように解析幾
何学的に規制された形状でないので設計的に自由度が大
きく、所望の光度分布を得ることが容易である。

〔実施例〕

次に、本発明に係るプロジェクタ型車輌用前照灯の実施
例について、第１図乃至第11図を参照して詳細に説明す
るに先立ち、第９図乃至第11図を参照しつつ本発明の１
実施例についてその構成部材配置の概要を述べる。

第９図は、光軸Ｚを含む断面を模式図に描いて光路を付
記した説明図である。第10図は同じく光軸Ｚを含む垂直
断面に光路と付記した説明図、第11図は同じくレンズ側
から見た正面を模式的に描いた説明図である。

本発明に係るプロジェクタ型の自動車用前照灯の基本構
造は、凹面鏡の光軸と凸レンズの光軸とを一致せしめて
配設すると共に、前記凹面鏡の焦点近傍に光源バルブを
設置し、上記の光源から出射した光が凹面鏡で反射され
て凸レンズのメリジオナル像面に入射するように構成
し、かつ、上記メリジオナル像面の付近にカットライン
を備えたシェードを設けてなる。

１は凹面鏡、Ｆはその焦点である。上記の焦点Ｆ付近に
フイラメントが位置するように、光源バルブ２が設けら
れる。

前記の凹面鏡１と、光軸Ｚを共有せしめて凸レンズが設
けられる。

第12図に描いたｉ−ｊは凸レンズ３のメリジオナル像面
を示しており、光源から発して凹面鏡１で反射された光
はこのメリジオナル像面に入射する。

上記の入射光は、凸レンズ３によって調光されて前方
（第９図，第10図において右方）に投射される。

前記メリジオナル像面の付近にスクリーンを設けて、配
光パターンを等照度曲線で示すと第２図の如くになる。
Ｈ−Ｈはスクリーン上の水平線、Ｖ−Ｖは同じく垂直線
である。

この第２図（本例）の配光パターンはその最高照度部Ｍ
がH,V両軸の交点よりも上方に位置している（このよう
な配光パターンを構成する手法については、第７図およ
び第８図について後述する）。

上記の如く、最大照度部Ｍを上方に偏らせたため、シェ
ード４のカットライン4aとの関係において第１図に示す
ごとく、最高照度部の中心点はシェード４のカットライ
ン4aよりも寸法ｈだけ高い位置となる。この為、最高照
度部分Ｍはほとんどシェード４で遮られない。

従って、スクリーン上の照度パターンは第３図に示す如
くになり、100luxカーブがほぼ楕円状をなし、ほとんど
切り欠かれていない。こようにして光束の有効利用率が
向上される。

前記の寸法ｈの設定について次に述べる。

第４図に示した１′は、本例におけるリフレクタ１に近
似する回転楕円面を示している（前記の寸法ｈを算出す
る為の近似計算を説明する為の想定回転楕円面である。
Ｚ−Ｚは光軸、４はシェードである。

楕円の焦点Ｆの若干後方に光源バルブのフィラメント2a
を位置せしめると、該フィラメント2aから出射した光矢
印イは同ロの如く反射され、シェード４のカットライン
付近に像を結ぶ。

第５図はシェード４とフィラメントの結像2a′との関係
を示す説明図で、フィラメント像2a′は高さ寸法ｈ′だ
けシェード４で覆われている。

前記の楕円（第４図）の焦点距離を15mmと仮定し、長半
径を50mmと仮定し、フィラメント長さ5.5mm,フィラメン
ト径0.8mmと仮定すると、第５図に示した寸法ｈ′は5mm
となる。従って、第６図に示したフィラメント像2a″の
如く、第５図よりもｈ′寸法（5mm）だけ上方に偏らせ
ると、シェード４によって遮られなくなる。

上述の近似計算から理解されるごとく、本発明を実施す
る場合、シエード付近における最大照度部をシェードよ
りも約5mmだけ上方に設定することが望ましい。この寸
法を5mmよりも大きくしても本発明による効果は増加し
ない。また、5mm以下であっても本発明による効果は発
揮されるが、この寸法が小さくなるに従って効果が減少
し、0.5mm以下では実用上の効果を認め難くなる。

第１図及び第２図に示した如く、シェード４の付近（即
ち凸レンズ３のメリジオナル像面近傍）における配光パ
ターンを所望の特性ならしめる手法について、第７図，
第８図を参照しつつ次に述べる。

第７図は、リフレクタ１の反射面の1/4について、これ
を多数の面素に分割した状態を模式化して描いた説明
図、第８図は面素Q₅の入射光と反射光との光路説明図で
ある。

先に説明した凹面鏡１の反射面を、第７図に示したよう
に多数の面素に区分して考え、これら多数の面素それぞ
れの位置と方向（法線の方向によって表わす）を定め、
相互に接続して一つの凹曲面を作り上げる。

第７図に示した多数の面素のうちで図の右下隅の面素は
凹面鏡１の中央部に位置している。従って、この中央の
面素の位置は前掲の第９図および第10図に示されている
ように、X,Y,Z座標の原点に位置していて、Ｚ軸に直交
（Ｘ−Ｙ平面に平行）である。

第７図において中央の面素の位置が定まると、これに接
続されるべき隣接面素は、その方向が定まれば特定され
る。

さらに隣接する面素に向かって計算的に反射面を拡大し
てゆく。

次に、各面素の方向の決め方について説明する。

シェードの中心S₁から任意の距離x_s点Ｓに対応するリフ
レクタ６上の点の関係を求める。

まず、初期値としてx₁＝０のとき、微小面素の集合（Ｙ
軸方向の並び）は、点S₁に反射光が到達するように面素
の方向（法線方向で表わされる）を定める。

上記の如く初期値を設定した面素の集合の隣接部につい
ては、前記の点S₁の隣接個所に反射光が到達するように
その方向を定め、以下同様に繰り返して計算を進めてゆ
く。

前記のx_sとx₁とは関数関係をなし x_sｆ(x₁) である。而して、この関数の定め方については、シェー
ド上における所望の配光分布に基づいて定めるが、具体
的には f(x₁)＝ax₁＋ｂ f(x₁)＝ax₁ ²＋bx₁＋ｃ f(x₁)＝ax₁ ³＋bx₁ ²＋cx₁＋ｄ f(x₁)＝a₁x₁ ⁿ＋a₂x₁ ^n-1…a_nx₁＋a_n+1 f(x₁)＝ae^bx1 といった各種の手法が考えられ、任意に選択し、若しく
は組み合わせて用いることができる。a,b,c,dは定数で
ある。

以下、数例を挙げて説明する。

f(x₁)＝ax₁＋ｂの場合において、 ａ＝0.5、ｂ＝０と仮定すると f(x₁)＝0.5x₁となり x₁＝2,x_s＝１がその解の一つである。

この場合の配光パターンは第15図に鎖線で示したカーブ
ｌの如くにある。

自動車用前照灯の通常の使用条件においては上記の配光
パターン（カーブｌ）よりも中央部の光度が集中的に高
いことが望まれる。

そこで、次に、 f(x₁)＝ax₁ ²＋bx₁＋ｃにおいて ａ＝0.125、ｂ＝０、ｃ＝０と仮定すると、 f(x₁)＝0.125x₁ ² となり、例えばx₁＝４、x_s＝２が解の一つである。

この場合の配光パターンは第15図に破線カーブｍで示し
たようになり、カーブｌに比して中心光度が高くなる。

図示を省略するが、先に述べた高次の関数式 f(x₁)＝ax₁ ³＋bx₁ ²＋cx₁＋ｄ とし、更に、 f(x₁)＝a₁x₁ ⁿ＋a₂x₁ ^n-1…a_nx₁＋a_n+1 におけるｎの値を4,5と増すに従って中心光度が高くな
り、対数式、 f(x₁)＝ae^bx1 を用いると、いっそう中心光度が高くなる。

これらの式を適宜に選択すると共に、a,b〜ｄの定数を
任意に選択して所望の配光特性を求めれば良い。x₁の何
次式を用いるかによって、更に定数の選択によって、光
度分布特性は著しく広汎に変化するので、実用上の精度
範囲において如何なる光度分布特性にすることも可能で
ある。

ただし、上記の「実用上、如何なる特性も」とは、「中
央部において最大光度を有し、左右に対称に、中央から
離れるに従って光度が低下するというモード」の範囲内
において、如何なる光度分布特性にも対応し得るとの意
である。

第16図及び第17図は、第９図及び第10図に示した実施例
と異なる実施例を示し、前例と異なるところは次の如く
である。前例（第９図，第10図）のシェード４はメリジ
オナル像面ｉ−ｊに沿って円筒状に構成したのに比し、
本例（第16図，第17図）のシェード４′は、メリジオナ
ル像面ｉ−ｊに接し、かつ光軸Ｚに直交する平板状に構
成してある。

本例の如く構成しても、実用上必要とされる精度範囲内
において前例（第９図，第10図）と同様の効果が得られ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のプロジェクタ型前照灯
は、光源バルブから発せられる光束の有効利用率が高
く、しかもメリジオナル像面上の光度分布を任意に設定
することができ、その結果容易に所望の配光パターンを
有するごとく構成することができるという優れた実用的
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の１実施例における光学的特
性を示す図表、第４図乃至第６図は上記実施例における
最高照度区域の設定に関する説明図、第７図及び第８図
は上記実施例における設計手法の説明図、第９図は上記
実施例の概要的な平面配置図、第10図は同じく側面配置
図、第11図は同じく正面図である。 第12図は公知のプロジェクタ型前照灯の平面配置図、第
13図及び第14図は上記公知例の光学的特性を示す図表で
ある。 第15図は上記公知例と前記実施例とを対比して描いた光
度分布特性を示す図表である。 第16図は前記と異なる実施例の平面図、第17図は同側面
図である。 １……凹面反射鏡、２……光源バルブ、３……凸レン
ズ、４……シェード、4a……シェード上端に設けたカッ
トライン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反射鏡の焦点近傍に光源バルブを設置し、
   上記の光源バルブから出射した光が反射鏡で反射されて
   カットラインを有するシェード近傍で焦点を結び、凸レ
   ンズによって前記反射光を前方に投射するプロジェクタ
   型の前照灯において、 前記反射鏡が、前記光源バルブから入射した光を反射し
   て、前記凸レンズのメリジオナル像面付近に位置せしめ
   たシェードのカットラインよりも上方に、かつ光軸の上
   方に隣接せしめて、最大光度区域を形成せしめるように
   構成されていることを特徴とする、プロジェクタ型の前
   照灯。