JPS5920723Y2 - 車両用燈具に使用するレンズ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は車輌用灯具に使用するレンズに関する。

公知のこの種のものはほとんどが球面プリズム素子を縦
方向および横方向に等ピッチに整然と配列したものであ
って、格子状プリズムと称されている。

このような格子状プリズムは各素子がほぼ同一の配光パ
ターンを有しているため、配光ムラを生ずるおそれはな
く、これを用いたレンズ全体の配光特性も任意のひとつ
のプリズム素子の配光特性にほぼ等しくなっており、そ
れは第５図Ｃに示すとおりである。

ところがこのような配光特性のものは、その球面プリズ
ム素子の曲率を適正に設定することによって第５図ａに
示すような規格配光パターンを満足させるようにすると
、第６図に示す如く四隅にかなりの量の無効光線（斜線
部にて示す）を出射することになり、配光効率が悪くな
るのである。

また、従来の数面プリズムは、その出射光角度と照度と
の関係においても、配光効率が悪い。

球面プリズムの出射光角度と照度との関係のグラフは第
７図に示すとおりであるが、これは以下のようにして求
めることができる。

今、第８図に示す球面プリズム素子のレンズの屈折率を
ｎ、球面のプリズムの曲率をｒ、プリズム中心（図にお
けるＹ軸）から入射点Ｐまでの距離をＸとすると、Ｙ軸
に平行な光がＰ点に入射後レンズ内を通過して外部に出
射する時の出射角θＸは下記（１）式で示される。

従ってＸ＝Ｘ１．ｘ−Ｘ２のニ一点間に入射した光によ
る照射中Ｐｘは となる。

第１表はレンズの屈折率ｎ＝１．５、曲率ｒ＝６の場合
について平均光度Ｉｘを計算したものでありＫｘは照射
中Ｐｘの変化を比で示したものでゾーン１の値を１とし
た時の各ゾーンの照射中Ｐｘの増加比を示す。

光度Ｉｘは各ゾーンに入射する光束量を均一としゾーン
１の値を１として示してありＫｘの増加に反比例する。

この配光分布特性曲線をもとにして、格子状球面プリズ
ムの配光分布と規格配光分布とを比較すると、格子状プ
リズムの配光効率が悪いということをよく理解すること
か゛できる。

第９図は第７図の特性曲線をもとに、中心光度が９０
ｃｄの格子状球面プリズムの配光分布を求め、これとＳ
ＡＥ規格の最小値とを比較したものである。

図において一点鎖線は格子状球面プリズムの配光分布で
あり、実線はＳＡＥ規格最小値である。

両者の光度差、すなわち第９図における斜線部は、規格
に対しての裕度を示している。

図から明らかなとおり、この裕度は光軸付近が最小で、
光軸から離れるに従って大きくなっている。

つまり、格子状プリズムにおいては、光軸付近の光度を
確保するために反射性能のすぐれた高価な反射鏡を使用
するか、光源の光度を上げるかせさ゛るを得す、結果的
に光軸の周辺に必要以上の光量を配光しているわけであ
る。

よってその分だけ配光効率の悪化がもたらされているの
である。

さらに、光軸付近（出射光角度５°以内）の裕度は、そ
れ以外の個所の裕度に比して極端に小さくなっているた
め、最も光度が高いことを要する光軸付近がその周辺と
あまり変わらない光度となっており、これは規格のパタ
ーンに近似していないばかりでなく安全上望ましいこと
ではないのである。

このようなプリズムの配光分布特性を変える方法として
は、一つはプリズムの各素子を在来の曲面から他の曲面
に変えるということがある。

しかしながらこの方法は金型を製作する際のプリズム切
削刃の精度が大きな問題となり、現実的には困難である
。

本考案は上記の問題点に鑑み、製作容易であるとともに
配光むらが少ないという球面プリズムの長所を生かしつ
つ、配光効率が悪いという従来の問題点を解決するとと
もに、光軸付近の光度にその周辺よりも十分な光度を確
保できて規格配光パターンに近似した配光パターンを有
し、テ゛ザイン的にも優れた車輌用灯具に使用するレン
ズを提供することを目的とする。

上記目的を遠戚するため本考案にしたがうレンズは、光
源の光出射方向前方に配設されるとともに、該光源の出
射方向光軸つまりいわゆる灯具の光軸に平行な軸をＺ軸
とした互に直交するＸ軸、ｙ軸、Ｚ軸からなる立体座標
において（Ｖ″Ｘ２＋２２＋（ｒ−Ｒ））２＋ｙ２−ｒ
２（ただし、ｒ、 Ｒはｒ＞Ｒである定数、Ｚ〈０）
であられされる曲面又はこれに近似する曲面の一部を用
いてなるプリズム素子を組合わせてなることを特徴とし
て構成するものである。

この曲面は第１図ａに示すような、ｙ、Ｚ平面内でｙ２
＋ （ｚ −（ｒ−Ｒ））２＝ｒ２であられされる円周
ｉを、同図すに示す如きｘ、 ｚ平面上の原点を中心
とする半径Ｒの円ｉｉの外周にその内周を、接させつつ
該円の周囲を回転させることによって得られるものであ
る。

結果的にこの曲面は、ｙ、ｚ平面内でｙ２＋（ｚ −（
ｒ−Ｒ） ）２＝ｒ２てあられされる円周をｙ軸を中心
として回転させることによって得られたものということ
になる。

このような曲面であるから、そのＸ軸方向の曲率半径Ｒ
は第３図、第４図からも明らかなように、ｙ軸方向の曲
率半径ｒよりも小さくなる。

（第１図ａ、 ｌ）を斜めがら見た状態を同図Ｃに示す
）。

本考案にあっては、前述のとおり光源の出射方向光軸（
灯具の光軸）はＺ軸と平行であるから、光源からの光は
Ｚ軸に沿った略々平行光線つまり第１図ａの矢印Ａに沿
う光となり、レンズ面はこれと垂直なｘｙ平面において
画成されることになる。

よってこのレンズの各プリズム素子は本考案の構成の結
果第５図すに示したようなＸ軸方向に広がりをもつ略菱
形の配光パターンを有することとなり、このようなプリ
ズム素子を組合わせることにより第５図ａに示したよう
な規格配光パターンに近似した配光パターンを有するレ
ンズを得ることが可能となるのである。

（当然のことではあるが、光軸がＺ軸と平行でない場合
例えば光軸が回転軸たるｙ軸に平行で、図の矢印Ｂ方向
に沿う平行光線が光源がら与えられたとす、１１ば、レ
ンズ面はＸＺ平面上に画成されることになり、上記のよ
うなＸ軸方向に広がる第５図すのような配光パターンは
生じず、規格配光パターンに近似したパターンを得られ
るという効果も出て来ない）。

上記のようなプリズム素子の組合わせは種々考えられる
が、本考案のレンズは各プリズム素子の前記曲面とＺ軸
との交点が任意のプリズム素子を基準としてそのＸ、ｙ
平面内で略々法のような座標であられされるように各プ
リズム素子を配列したことを特徴とするものである。

ただし、ｍ、 ｎは整数、ａはＸ軸方向単位長さ、ｂは
ｙ軸方向単位長さであって、ａ、ｂの値は（ただし、θ
ＸはＸ軸方向最大出射角、θｙはｙ軸方向最大出射角、
ｔはプリズムの屈折率）としたとき、 となるように定めるものとする。

この結果、たとえば第２図に示したような斬新な模様の
レンズを得ることができる。

このとき、このａ、ｌ）の値と前記のｋＸ、 ｋ、、の
値、及び曲率ｒ。

Ｒとの間には次のような関係が成立っている。

このレンズにおいて配光パターンを規格配光パターンに
近似させるためには、θＸ勾２０°、θｙ勾ｌσでなけ
ればならない。

上記の如き本考案のレンズは切削ポイントを決めてフラ
イス加工することにより従来の球面プリズムを使用した
格子状プリズムとほぼ同等の製作工数と費用とで金型を
つくることができ、製作容易であるという球面プリズム
の従来からの長所はいささかも損われていない。

この考案のレンズは上述したように従来の格子状レンズ
とは全く違った集合模様をもつプリズムを切ったもので
あるから、旧来の格子形状球面プノズムよりもテ゛ザイ
ン的に優れている。

また、この車輌用灯具に使用するレンズは、上記のとお
り形状の異なった素子から戊るプリズム単位を有する構
成であり、かつすべての単位がほは゛同一方向からの平
行光線を屈曲するものであるから、このレンズを用いた
灯具全体の配光特性は、任意のひとつの単位の配光特性
にほぼ等しくなる。

すなわち、第２図に示した例で説明すれは゛、このレン
ズ面は第１０図に示すとおり素子Ａ′乃至Ｅ′を有する
単位から或っており、素子Ａ′乃至Ｅ′のそれぞれの配
光特性を光軸方向を一致させて重ね合わせることによっ
て、この灯具の配光特性を得ることができる。

第１１図には、これら各素子の配光特性を光軸方向を一
致させて重ね合わせたものを示すが、全体的には前述し
た第５図すの如きパターンになるわけである。

これと格子状球面プリズムの配光を示す第５図Ｃと規格
配光を示す第５図ａとを比較すると、第１１図のものの
方が無効部分か少ないことは明らかであろう。

又第１１図によると、３個の素子が照射する領域（図中
、符号■で示す）と、５個の素子が照射する領域（図中
、符号■で示す）が出現している。

よって、第１表で示した球面プリズム素子の配光分布算
出結果をもとにして、このプリズムの照射域各部の照度
を計算すると、第２表のようになる。

この場合も、ゾーン１の照度Ｅを１として計算しである
。

当然のことながらラップ数の多いゾーンの方が照度Ｅは
高くなっている。

この表の結果から、このプリズムの配光分布曲線を第１
２図に示す。

図中、実線で階段状に示したのが第２表の結果である平
均照度Ｅのグラフであり、配光分布特性曲線はこれをも
とに二点鎖線で示しである。

図から明らかな如く、光軸付近の照度は、その周辺より
もプリズム素子の配光のラップ数が多いため、当然周辺
の照度よりも高くなっている。

今、このプリズムの配光特性と、中心光度９０ ｃｄの
格子状球面プリズムの配光特性とを、両者の出射光量が
等しいことを条件として（つまり両者それぞれの光度分
布曲線と水平座標軸であるＨ線とに囲まれた部分の面積
が等しいことを条件として）、比較してみると、第１３
図に示す如くなる。

図中、二点鎖線で示した線Ｉがこのプリズムの光度分布
曲線であり、一点鎖線で示した線ＩＩが格子状球面プリ
ズムの光度分布曲線であり、実線で示した線ＩＩＩがＳ
ＡＥ規格最小値を示すものである。

このグラフから明らかなとおり、このプリズムによる配
光特性は、光軸付近にその周辺よりも十分な光度を確保
でき、各出射角ゾーンにおいても規格最小値に対して十
分な裕度を有しつつ規格最小値をカバーしているもので
ある。

格子状球面プリズムの配光効率の悪さが、このプリズム
によって完全に解決されていることはグラフからも明ら
かであろう。

上述のように、本考案車輌用灯具に使用するレンズは、
光軸付近の光度にその周辺よりも十分な光度を確保でき
規格配光パターンに近似した配光パターンを有ししかも
デザイン的にも優れたものであるという効果を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のレンズに使用するプリズム素子に用い
られる曲面の説明図、第２図は本考案にしたがうレンズ
の一実施例を示す正面図、第３図は第２図の線ｌｌｌ−
■■Ｉにしたがう断面図、第４図は第２図の線Ｉ■−Ｉ
■にしたか゛う断面図、第５図は本考案のレンズと従来
の格子状プリズムとの配光パターン及び規格配光パター
ンを示す説明図である。 第６図は格子状プリズムを有するレンズを使用した灯具
の配光特性の説明図、第７図は同プリズムの配光分布特
性曲線を示すグラフ、第８図は同プリズムの配光分布を
算出するための説明図、第９図は同プリズムの配光分布
特性曲線とＳＡＥ規格最小値とを比較したグラフである
。 第１０図及び第１１図は上記第２図に図示の本考案レン
ズの実施例のプリズムの各素子の配光特性の合皮を示す
説明図で゛ある。 第１２図は同側のプリズムの配光分布特性曲線を示すグ
ラフ、第１３図は同プリズムの配光分布特性曲線と格子
状プリズムの配光分布特性曲線とＳＡＥ規格最小値とを
比較したグラフで゛ある。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 光源の光出射方向前方に配設されるレンズであって、該
   光源の出射方向光軸に平行な軸を２軸とした互に直交す
   るＸ軸、ｙ軸、Ｚ軸からなる立体座標において式 （＆ｘ２＋ｚ２＋ （ｒ−Ｒ））２＋ｙ２＝ｒ２（た
   だし、ｒ。 Ｒはｒ＞Ｒである定数、ｚ＜０）であられされる曲面又
   はこれに近似する曲面の一部を用いてなるプリズム素子
   を複数個、それぞれのプリズム素子の前記曲面と前記Ｚ
   軸との交点が任意のプリズム素子を基準として該プリズ
   ム素子のｘ、 ｙ平面内で略々次のような座標であら
   れされるように、配列してなる車輌用灯具に使用するレ
   ンズ。 ただし、ｍ、 ｎは整数、ａはＸ軸方向単位長さ、ｂは
   ｙ軸方向単位長さであって、ａ、 ｌ）の値は（ただ
   し、θＸはＸ軸方向の最大出射角、θｙはｙ軸方向の最
   大出射角、ｔはプリズムの屈折率）としたとき、 となるように定めるものとする。