WO1987004229A1 - Phare a projecteur pour vehicules - Google Patents

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WO1987004229A1
WO1987004229A1 PCT/JP1986/000653 JP8600653W WO8704229A1 WO 1987004229 A1 WO1987004229 A1 WO 1987004229A1 JP 8600653 W JP8600653 W JP 8600653W WO 8704229 A1 WO8704229 A1 WO 8704229A1
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optical axis
light
plane
image plane
shade
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PCT/JP1986/000653
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French (fr)
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Yutaka Nakata
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Ichikoh Industries Ltd
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Ichikoh Industries Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/30—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
    • F21S41/32—Optical layout thereof
    • F21S41/33—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature
    • F21S41/334—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature the reflector consisting of patch like sectors

Definitions

  • a so-called projector-type headlamp has been proposed as a headlamp having a light distribution characteristic meeting the above requirements, a simple lens configuration and a compact overall shape.
  • US Patent Specification No. ⁇ 4,511,955 discloses such a type of headlamp.
  • the reflecting surface of the reflector is formed as a spheroidal surface, Even if a specific light distribution pattern can be obtained, the luminous intensity distribution of that pattern depends on the shape of the reflecting surface.
  • the light distribution pattern having the desired luminous intensity distribution can be set freely.
  • Still another object of the present invention is to provide a projector in which the orientation of each plane element is determined so that the maximum luminous intensity area in the light distribution pattern is not substantially influenced by a shade giving a light-dark limit.
  • ⁇ -To provide a 15-type headlamp.
  • the reflecting surface of the reflector in the projector-shaped headlamp of the present invention is not a curved surface defined by analytical geometry such as a spheroid or a paraboloid of revolution.
  • each surface element reflects the light beam incident from the light source toward the vicinity of the lens's image plane, and obtains the target luminous intensity distribution at the shade position It is determined in advance.
  • a light distribution pattern having a desired light intensity distribution can be set freely.
  • each surface element with respect to the optical axis can be determined so that light rays incident from the light source are reflected toward the vicinity of the lens's image plane to form a maximum light intensity region above the edge of the shade. .
  • the maximum luminous intensity region of the light distribution pattern is not substantially blocked by the edge of the shade which gives the light-dark limit, and the reflected light can be used to the maximum.
  • FIG. 9 Is an explanatory diagram for explaining the optical characteristics of each surface element using the functions of FIG. 8, FIG. 10 is a schematic diagram showing a light distribution pattern, and FIG. 11 is a luminous intensity of the light distribution pattern.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a light distribution pattern
  • FIG. 11 is a luminous intensity of the light distribution pattern.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the distribution
  • FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the optical characteristics
  • FIG. 22 and 23 show a fourth embodiment of a projector-type headlamp according to the present invention.
  • FIG. 22 is an explanatory diagram for explaining the optical characteristics of the reflector.
  • the figure is a schematic front view of the reflecting surface showing the arrangement relationship of the surface elements constituting the reflecting surface of the reflector.
  • FIG. 24 and FIG. 25 are the head runners of the projector of the present invention.
  • FIG. 24 shows an outline of the light distribution pattern on the shade showing the positional relationship between the maximum luminous intensity area and the edge of the shade.
  • Schematic diagram, Fig. 25 is a schematic diagram showing the light distribution pattern at a depth of 10 m from the light source.
  • FIG. 1 to FIG. 15 show the first embodiment.
  • reference numeral 10 denotes a reflector
  • a reflecting surface 10a is formed in the form of a concave mirror, and is not formed by a specific curved surface such as a paraboloid of revolution or a spheroid as described later.
  • the central axis of the reflector 10 is located on the Z-axis as shown, and the optical axis of the convex lens 14 is arranged so as to coincide with the central axis of the reflector 10.
  • the reflecting surface 10a of the reflector is configured to reflect the light beam emitted from the light source F toward the primary image surface ab of the convex lens 14.
  • the shade 16 has an edge 18 which is formed to be slanted so as to move away from the medial image plane a--b on the XZ plane. It is configured to pass some of the reflected light rays going downward. Light passing through shade 16 The line is converged by the convex lens 14 as described later, and is projected forward.
  • the reflection surface 10a of the reflector 10 is not a curved surface defined analytically and geometrically, such as a spheroid or a paraboloid of revolution, but when a light source is arranged at a defined position. It is composed of multiple small surface elements that receive light emitted from the light source and reflect it toward specific different places or specific different points away from the light source. This will be specifically described.
  • the reflecting surface 10a of the reflector 10 is: The profile is shown schematically in FIG.
  • Light source F is disposed on the Z-axis from the center ⁇ of Li full reflector one 10 to a certain distance, the light reflected at the surface elements Q n on the emitted light sac Chi reflecting surface 10a from the light source F is surface elements Q n orientations (orientation) n is determined to proceed toward the point S on the b - main Li Jiffu image plane a of the convex lens 14 as shown in a three-dimensional manner in Figure 5.
  • FIG. 7 schematically shows the arrangement of when viewed from the direction of the axis ⁇ , and FIG. 7 shows an enlarged portion 14 of FIG.
  • main Li Jiffu image plane As light rays reflected at the free Mumenmotogun a distance not large for s by Li from the optical axis It has become. ⁇ between 2C n and 3C S described above, main re Jiffu image plane a - determined Te cowpea on how to set the light intensity distribution L to the target along the b.
  • ⁇ s 0.5 a: n (Fig.8).
  • the processing of giving different orientations to each surface element and forming a continuous and smooth shape is performed by an NC processing device.
  • the light beam projected forward by the convex lens 14 has a pattern in which the pattern is inverted as shown by the dotted line in FIG.
  • the iso-illuminance curve of the light distribution pattern is This is shown in FIG.
  • the portion of the light beam that is blocked by the shade 16 is indicated by the oblique line 20 and the edges give the light beam 17 formed by the lens 14 a light-dark limit 19.
  • the orientation of each surface element is determined such that all light rays reflected on each surface element of the reflecting surface are reflected toward points on the median image plane a—b of the lens 14.
  • the shape of the shade can be formed in a flat plate perpendicular to the optical axis.
  • the convex lens is formed more than the convex lens 14 of the first embodiment.
  • the radius of curvature is assumed to be large, and the convex lens 14 'may be arranged so that the flat plate 16' is in contact with the medial image plane a'-b 'of the convex lens 14' (indicated by reference numeral 14 ').
  • the shade is substantially the same as the above-described embodiment in which the shade is configured to have a curved shape along the image plane a—b of the convex lens. The effect can be expected.
  • FIGS. 17 and 18 show an optical system similar to that of the first embodiment.
  • 13 shows the optical characteristics of the reflector and the arrangement relationship of each surface element forming the reflecting surface in the second embodiment.
  • the azimuth of the surface element Q ⁇ in the central reflection part ⁇ is determined so that the light beam incident from the light source F is reflected toward the point S on the medial image plane ab.
  • light rays reflected on a surface element having the same distance from a plane that includes the optical axis and is substantially perpendicular to the medial image plane are at the same point on the medial image plane a b
  • the orientations of these plane elements are determined so that they converge.
  • the left and right peripheral reflection part C becomes part of the spheroid 30 with the light source F as the first focal point and the point S i as the second focal point. It is formed as follows. Light rays incident from the light source F on the left and right peripheral reflection parts C are reflected in the directions shown by arrows A and B and converge on the point S i, and the luminous intensity distribution of these light rays is shown by a dotted line 31 in FIG. Have been.
  • the orientation of each surface element in the central reflection portion M of the reflector can be calculated from the target luminous intensity distribution L by the left and right peripheral reflection portions C It needs to be determined so as to obtain a light intensity distribution obtained by subtracting the light intensity distribution due to.
  • the shape near the center O of the reflector (shown by a dotted line in FIG. 17) in the second embodiment is slightly deformed as shown by a solid line in FIG.
  • the rays emitted toward the center 0 of the reflector 1 are directed in the directions indicated by arrows E and F (at a point relatively shifted from the point SX where the optical axis intersects with the image plane a — b).
  • FIGS. 20 and 21 show an optical system similar to that of the first embodiment.
  • 13 shows the optical characteristics of the reflector and the arrangement relationship of each surface element in the third embodiment.
  • the reflecting surface 10a of the reflector 10 in this embodiment is parallel to a plane (YZ plane) that includes the optical axis and is substantially perpendicular to the median image plane a—b of the convex lens, and sandwiches the optical axis.
  • Each plane element in the central reflection part M ' reflects all the incident light from the light source so that it reflects toward the point S ix -O) where the optical axis and the median image plane a — b intersect. The direction is determined.
  • the surface element in the central reflection portion M 'of this embodiment has the light source F as the first focus and the point S as the second focus. It is shown that a part of the spheroid 40 is approximately formed.
  • the central reflection portion M ' is approximately formed as a part of the spheroidal surface 40, the reflected light passes through the optical axis and the medial image plane a.
  • the central luminous intensity distribution in the left and right directions is concentrated at the intersection S of b, the setting of the azimuth N of each plane element Q n in the reflector 10 of the left and right peripheral reflection part C 'is compared. It has a degree of freedom. In other words, in the vicinity of the light source, the predetermined light intensity distribution to be targeted is the same as that of the reflector.
  • FIG. 23 shows the optical characteristics of the reflector and the arrangement relationship of each surface element in the fourth embodiment having an optical system similar to that of the first embodiment.
  • the reflecting surface 10a of this reflector is composed of a central reflecting portion M ⁇ , two intermediate reflecting portions B adjacent thereto, and two left and right peripheral reflecting portions C ⁇ adjacent to the intermediate reflecting portion B.
  • the central reflection part M ⁇ is a part of a parabola whose horizontal section is the focal point of the light source F, and whose vertical section is the first focal point of the light source F.
  • the curved surface 50 is equal to the distance Di (0 ⁇ Di D 3 ) from the YZ plane. At any point, all rays incident from the light source F are reflected in a direction parallel to the YZ plane, and a common point on the medial image plane (distance from the optical axis to Di It is formed to gather at a certain point S i). Therefore, the light is distributed from the optical axis of the shade 16 to the surrounding area, so that a light distribution pattern that spreads largely right and left can be obtained.
  • the azimuths of the plane elements in the left and right peripheral reflection portions are determined so that the light beam incident from the light source F converges to the intersection of the optical axis and the median image plane. It is shown that such a surface element is approximately formed as a part of the spheroid 40 having the light source F as the first focal point and the point St as the second focal point. That, s - characterized by - (D 4 or n ⁇ D 4 x n) 0 .
  • each plane element Qn in the intermediate reflection part B is set in consideration of the contribution of the light rays reflected in the central reflection part M ⁇ and the left and right peripheral reflection parts C ⁇ to the target light intensity distribution.
  • x s and will be described in relation to 3 n one D 4 ⁇ x n ⁇ - D 3, or D 3 ⁇ : the x s when n rather D 4: c s - is represented by f (x n) ,
  • the central reflection portion M ⁇ is a part of a parabola whose horizontal section is the focal point of the light source F, the vertical section is the ⁇ focal point of the light source F, and the point on the medial image plane is the first focal point. It is formed on a curved surface 50, which is a capital of an ellipse with two focal points, and at least The vertical section does not necessarily have to be a parabola, as long as the horizontal cross section is formed so as to form a parabola. Further, when the reflecting surface is formed only of the spheroidal surface as in the prior art, the reflecting surface has the shape shown by the dotted line 41 in FIG. 22, and by using the reflecting surface according to this embodiment.
  • the thickness of the reflector in the direction of the optical axis is reduced.
  • the emitted ray gives a light distribution pattern with a light-dark limit 19 formed by the edges 15 and 18 of the shade 16, but the edge 15 of the shade 16 lies on a horizontal plane that contains almost the optical axis. For that reason, some of the reflected rays that should be concentrated in the maximum intensity region 100 are blocked by the side 16.
  • the azimuth of each plane element forming the reflecting surface is such that the ray incident from the light source F is approximately 2 mm higher than the curve a — b on the medial image plane. It is determined that the light is reflected toward a point on the curve a ⁇ -1b ⁇ .
  • the light distribution pattern at a position 10 m from the light source F is as shown in Fig. 25, and the maximum luminous intensity area 100 is less blocked by the X-side 16 and the light source is reduced.
  • the light emitted from F can be used effectively.
  • the above effects were observed in the range of 0.5 ram h ⁇ 5 ram, but no practical effects were observed in the ranges of h ⁇ 0.5 mm and h> 5 mm. Has been confirmed.
  • “near the median image plane of the convex lens” refers to the sagittal of the substantially convex lens including the median image plane itself. The area up to the image plane is shown.
  • a halogen bulb containing filament F is used as a light source, it is needless to say that a discharge lamp may be used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Description

明 細 プロジェク タ一形車雨用へッ ドランプ
技 術 分 野
本発明は、 リ フ レク タ一で反射された光線をシャ ッ タ ーあ るいはシヱイ ドによ り所定のビーム形状に形成して、 更に収 束レンズによ り投影するよ う に形成されたプロジェ クタ一形 の車両用へッ ドランプに関する。
背 景 技 術
車両用、 特に自動車用のヘッ ドランプは自己車線の前方を 明る く照射し、 しかも対向車線を走る 自動車に眩惑を与えな いよ うな配光パターンを有する ことが必要とされている。 上 記の要請に適合する配光特性を有し、 レ ンズ構成が簡単でか つ全体形状を小型化し得るヘッ ドランプと して、 いわゆるプ ロジェクタ一形 ヘッ ドランプが提案されている。 たとえば アメ リカ特許明細書 Να 4，5 1 1，955にはこのよう なタイプのへ ッ ドランプが開示されているが、 リ フ レクタ一の反射面が回 転楕円面に形成されているため、 特定の配光パターンを得る こ と ができても、 そのパターンの光度分布は反射面の形状に 依存している。 即ち、 楕円の離心率を変化させる ことによつ て配光パターンの光度分布を一定の範囲内で変化させるこ と ができるが、 それは楕円特有の光度分布でぁ リ分布には一定 の類似性がみられる。 従って、 配光パターンの光度分布はリ フ レクタ一の反射面の形状 （回転楕円面， 回転放物面等） に よ りほぼ決定してしまうので、 所望の光度分布を得るという 設計的な自由度がないという問題点がある。 本発明の目的は 上述したような従来のプロジェクタ一形のへッ ドランプの問 題点を解消した新規なプロジ Xクタ一形へッ ドランプを提供
5 するこ とにある。
本発明の他の目的はリ フ レ クターの反射面が多数の微小な 面素を連続的にかつなめらかに形成させて成る曲面で形成さ れ、 各面素の方位は目標とする光度分布を得るよ う に各面素 ごとに異なって形成されているへッ ドランプを提供する こ と
10 にあ り、 所望の光度分布を有する配光パタ ーンを自由に設定 できる。
本発明の更に他の目的は、 配光パタ ーンにおける最大光度 領域が明暗限界を与えるシエイ ドによって実質的に影饗を受 けないよ う に各面素の方位が定められているプロジェク ター ··- 15 形ヘッ ドランプを提供する ことにある。
発 明 の 開 示
本発明のプロジェ クタ一形ヘッ ドランプにおける リ フ レク ターの反射面は、 回転楕円面や回転放物面等の解析幾何学的 に定められる曲面ではなく 、 多数の微小な面素を連続的にか
20 つなめ らかに形成し、 各面素の方位は、 光源から入射した光 線を レンズのメ リ ジォナル像面近傍に向けて反射しかつシェ イ ドの位置における 目標とする光度分布を得るよう にあらか じめ定め られている。 これによつて所望の光度分布を有する 配光パタ ーンを 自由に設定する こ と ができる。
25 また各面素の光軸に対する方位は、 光源から入射した光線 を凸レンズのメ リジォナル像面近傍に向けてそれぞれ反射す るよ う に定めることができ、 各面素によって反射された光線 のメ リ ジォナル像面上の到達点から光軸までの距雜は各面素 から光軸を含みメ リ ジォナル像面に実質的に垂直な平面まで の距雜の関数と して与える ことができる。 この関数を適切に 選択する ことによって中心光度を大き く したり、 立体角を大 き く とることができたり、 周辺光度を大き く した りする こと ができるため、 反射面において反射される光線を有効に利用 するこ とができる。
また各面素の光軸に対する方位を、 光源から入射した光線 を レンズのメ リ ジォナル像面近傍に向かって反射させシエイ ドのエッジの上方に最大光度領域を形成するよう に定めるこ とができる。 これによつて配光パターンの最大光度領域が明 暗限界を与えるシエイ ドのエッジによって実質的にブロ ッ ク される こ とがないため、 反射光を最大限に利用できる。
図面の箇単な説明
第 1 図ない し第 15図は本発明のプロジェク タ一形へッ ドラ ンプの第 1 の実施例を示し、 第 1 図はヘッ ドランプの構成を 概略的に示す側面図、 第 2図は同じ く平面図、 第 3 図は同じ く正面図、 第 4 図おょぴ第 5 図は本発明による リ フ レクタ一 の光学的特性を説明するための説明図、 第 6 図はリ フ レ ク タ 一の反射面を構成する複数の面素の配置関係を示すリ フ レ タ ターの反射面の概略的正面図、 第 7 図は第 6 図における リ フ レ ク ターの反射面の 1 Z 4を拡大して示した概略的拡大図、 第 8 図は光度分布を定める関数： s = 0 . 5 :c nを示す図、 第 9 図 は第 8図の闋数を用いて各面素の光学的特性を説明するため の説明図、 第 10図は配光パタ ーンを示す概略図、 第 11図は配 光パタ ーンの光度分布を示す概略図、 第 12図は光度分布を定 める関数を ： c s = 0 . 125 x n 2と した場合の各面素の光学的特性 を説明するための説明図、 第 13図は x s - 0 . 125 の場合の 光度分布を示す概略図、 第 14図はシエイ ドの位置における配 光パタ ーンを示す概略図、 第 15図は光源から 10 m離れた個所 における配光パターンを示す概略図である。 第 16図は平钣状 の シエイ ドを用いたヘッ ドラ ンプの概略的側面図である。 第 17図ないし第 19図は、 本発明のプロジェクタ一形ヘッ ドラン プの第 2の実施例を示し、 第 17図はリ フ レクタ一の光学的特 性を説明するための説明図、 第 18図はリ フ レクタ一の反射面 を構成する面素の配置闋係を示すリ フ レク タ一の反射面の概 略的正面図、 第 19図は光度分布を示す概略図である。 第 20図 および第 21図は本発明のプロジヱ クタ一形へッ ドランプ 'め第 3の実施例を示し、 第 20図はリ フ レク タ一の光学的特性を説 明するための説明図、 第 21図はリ フ レク タ一の反射面を構成 する面素の配置関係を示す反射面の概略的正面図である。 第 22図おょぴ第 23図は本発明のプロジェクタ一形へッ ドランプ の第 4 の実施例を示し， 第 22図はリ フ レクタ一の光学的特性 を説明するための説明図， 第 23図はリ フ レクタ一の反射面を 構成する面素の配置関係を示す反射面の概略的正面図である 第 24図おょぴ第 25図は本発明のプロジェク タ一形へッ ド ラ ン プの第 5 の実施例を示し、 第 24図は最大光度領域とシ nイ ド のエッジとの位置関係を示すシエイ ド上の配光パターンの概 略図、 第 25図は光源から 10 m雜れた倆所における配光パター ンを示す概略図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明のプロジェクタ一形ヘッ ドランプによる実施 例について詳述する。 第 1 図ない し第 15図は第 1 の実施例を 示している。 図において符号 10はリ フ レク ターであ り反射面 10aは凹面鏡の形態に形成され、 後述するよう に回転放物面、 回転楕円面のよ うな特定の曲面で構成されたものではない。 リ フ レクター 10の中心軸は図示されたよ う に Z軸上にあ リ、 凸レンズ 14の光軸はリ フ レクター 10の中心軸と一致して配置 される。 符号 1 2は、 光源と してのフィ ラメ ン ト F を内包する ノヽロゲンバルブであ り、 フィ ラメン ト Fは X軸と平行に配置 されその中心は Z軸上にあるよ う に配置される。 シエイ ド 16 はリ フ レクタ一 10と凸レンズ 14との間に配置され、 その上部 エッジ 15は凸レンズ 14のメ リ ジォナル像面 a — b の近傍に配 置される。 実際にはメ リ ジォナル像面はほぼ球面の一部であ り、 図中 a — bで示すのは光軸を含んだ水平面 （X Z平面） とほぼ球面との交線を示す。
前記リ フ レ ク タ ーの反射面 10aは光源 F から放射された光 線を凸レンズ 14のメ リ ジォナル像面 a — b に向けて反射させ るよ う に構成されている。 シエイ ド 16は第 3 図に示すよ う に X Z平面上にあるメ リ ジォナル像面 a — b から遠ざかるよ う にななめに傾斜して形成されたエツジ 18を有しており、 反射 面 10aにおいて反射された光線のう ち下方に向かう光線の一 部を通過させるよ う に構成される。 シエイ ド 16を通過した光 線は後述するよう に凸レンズ 14によって収束されて、 前方に 投影される。
本発明による リ フ レクタ一 10の反射面 10aは回転楕円面、 回転放物面等のよう に解析幾何学的に定め られた曲面ではな く、 定められた位置に光源を配置した際に、 光源から放射さ れた光を受けて光源から離れた特定の異なる個所あるいは特 定の異なる点に向かって反射させるよ う な複数の微小な面素 から構成されている。 具体的に説明する。
水平方向に X軸を と り、 垂直方向に Y軸をと リ、 反射鏡 10 の中心軸を Z軸にとる と、 リ フ レクタ一 10の反射面 10aが： JL Z平面と交差する部分のプロ フ ィ .一ルが第 4図に模式的に示 されている。 光源 Fはリ フ レクタ一 10の中心〇から一定の距 離にある Z軸上に配置され、 光源 F から放射された光のう ち 反射面 10a上の面素 Qnにおいて反射された光は第 5 図に三次 元的に示すよう に凸レンズ 14のメ リ ジォナル像面 a — b上の 点 S に向けて進行するよう に面素 Qnの方位 （orientation) Nが決め られる。 同様に反射面 10aの中心 0 を含む面素にお いて反射された光は光源 F を通り メ リ ジォナル像面 a — b上 の点 S iに、 面素 Q nから離れた他の面素 Q πにおいて反射さ れた光は光軸から離れたメ リジォナル像面上の点 S 2に向か つて進行するよ う にそれぞれの面素の方位が決められている 第 6図は各面素の配置を Ζ軸方向から見た場合を模式的に示 し、 第 7図は第 6図の 1 4の部分を拡大して示している。 各 面素は面積が Δ X X Δ y の微少領域 Δ S (こ の実施例では Δ x = A y =0.2nmであ り A S =0.04nm2 ) で示され、 中心 0に 対応する位置には Q αという微小面素が配置されている。
= 0 に対応する位置には Q。の他に、 多数の面素が Q。から出 発してプラスの Υ軸方向に まで連続的に配置され、 更に マイナスの Y軸方向に Q2まで連続的に配置されている。 こ れらの — Qa— Q 2で示される面素群は実際には Q。を基準 に して頫次それらの煩き即ち、 方位が定め られるが、 各面素 の方位はこれらの面素で反射された光線がすべて、 光軸と交 差するメ リ ジォナル像面上の点 S iに収束するよう に決め ら れる。
そ して Qi— Q。一 Q 2で示される各面素の方位を基準にし て隣接する 2つの面素群 （ 3C座標が土 Δ Χであるよう な面素 で構成される） の各面素の方位が定め られて、 3 - — Δ Χに 対応する面素で反射された光線と 3C = + A に対応する面素 で反射された光線はそれぞれ光軸から一定の距離だけマイナ ス方向とプラス方向に離れた、 メ リ ジォナル像面上の異なる 点に収束されるよ う になっている。 このよ う にして次々に各 面素の方位が定め られていく が中心 0から 3C nの距雜になる 面素 Qnに注目する と、 3： =— 3c nの位置にある面素群 Q3— Qn~ Q4 (図では 3C - + 3C nに対応する面素群は筒単化のた め省略されている） において反射された光線はすべて、 光軸 から X sの距離にあるようなメ リ ジォナル像面上の点 S に収 束するよう になっている。 更に光軸から離れた面素 Q mを含 む面素群において反射された光線は光軸から sよ リも大き い距離にあるようなメ リ ジォナル像面上の点 S 2に収束する よ う になっている。 上述した 2C nと 3C Sとの闋係は、 メ リ ジォナル像面 a - b に 沿った目標とする光度分布 L をどのよう に設定するかによつ て決められる。
たとえば 3C Sを Χ ηの闋数と して表現する と
f n) (1)
となる。 f ( 3 n) の具体的な形は種々考えられるが、 たとえ ば 3C nの一次式， 二次式， あるいはそれよ リ髙次の 3C nの線形 式であったリ、 あるいは指数関数であってもよい し、 あるい はそれらの任意の組合せであってもよい。
たとえば f ( 3C n) = 0.5 X n (2)
とすれば ^s = 0.5 a:nである （ Fig.8 ) 。 この場合には： cn = 2のと き xs= l， xn== 4 のと き xs= 2であ り、 リ フ レ クタ一 10において一 2≤ xn≤ 2の領域にある面素で反射さ れる光線は第 9 図に示されるよう にメ リ ジォナル像面上の 一 1≤ 3 S≤ 1 の領域に集められ、 同じ く 2≤ n 4および 一 4≤ :=cn≤— 2の領域にある面素で反射される光線はメ リ ジォナル像面上の l ^ xs^ 2および一 2≤ ocs≤— 1 の領域 に集め られることがおかる。
メ リジォナル像面の付近にテス ト用スク リーンを設けて配 光パターンを等照度曲線で概略的に示したものが第 10図であ り、 その時の光度分布は第 11図に示されている。 ただし H— Hはスク リ ーンの水平方向、 V— Vは同じ く スク リ ーンの垂 直方向を示す。
自動車用前照灯の通常の使用条件においては、 第 11図の光 度分布では十分でな く 、 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 ( ocn) =0.125 cn 2という関数を用 いて =C sを表現する と第 12図に示されるよう にリ フ レクタ一 10の一 2 ^ 3 ≤ 2の領域にある面素で反射される光線はメ リ ジォナル像面上の一 0.5≤ 3C S 0.5の領域に集め られ、 ： cs - 0.5 xnで表現した場合に比べて中心光度が髙く なっている。 第 13図の実線で示す光度分布 Lは xs ==0.125 a:n 2の場合に対 応する。 更に中心光度を増やすためには、 3C Sを 3C nの高次の べき級数で表わしたり、 更に 3C nの指数関数で表わしたりす る ことも可能であ り、 所望の配光特性を得るために適切な関 数を用いればよい。 これらの関数の選択においては、 中央部 において最大光度を有し、 中央から離れるに従って光度が左 右対象の方向に低下する というモー ドの範囲内において、 種 々様々な光度分布特性を得る こと が可能であ り、 上記の例に 限定されるべきものではない。
上述したよ うな各面素にそれぞれ異なっ た方位を'与えてか つ、 連繞的になめらかに形成する という加工は N C加工装置 によってなされる。
上述のよう に適切な中心光度を得るよう に形成されたリ ブ レクター 10の各面素において反射された光線は、 メ リ ジォナ ル像面 a — b近傍に上緣部を有するシ cィ ド 16によって一部 がブロ ッ クされた状態で凸レンズ 14によって投影される。 即 ち、 第 14図に示されるよう に、 光束の上半部分はシヱイ ド 16 の上縁部 15の上方を通過し、 下半部分の大部分はシ イ ド 16 によ リブロ ックされる （実線で示す） が斜縁部 18よ りも上方 にある光束は通過するよ う になっている（点線で示される）。 最大光度領域は符号 100で示す。 凸レンズ 14によって前方に 投影される光束は、 第 14図において、 点線で示されるような パタ ーンを反転させたパターンを有する。 光源 F を E C規格 の H 3 12 V / 55 Wで定め られるハロゲンバルブを使用 して、 光源 Fから 10 mの距離にスク リーンを配置させた時の配光パ タ ーンの等照度曲線が第 15図に示されている。 シヱイ ド 16に よってブロ ック される光線の部分は符号 20の斜線で示され、 エッジはレンズ 14によって形成される光束 17に明暗限界 19を 与えている。
この実施例においては反射面の各面素において反射される 光線はすべてレンズ 14のメ リ ジォナル像面 a — b上の点に向 けてそれぞれ反射されるよう に各面素の方位が定め られてい るが、 レンズ 14のメ リ ジォナル像面とサジタル像面との間に 配置された点に向けてそれぞれ反射されるよう に各面素の方 位を定めることもできる。 更に第 16図において点線 16'示さ れるよう に、 シェードの形状を光軸に直交する平板に形成す ることも可能であ り、 この場合には凸レンズを第 1 の実施例 の凸レンズ 14よ り も曲率半径の大きいものと し （符号 14'で 示す）凸レンズ 14'のメ リ ジォナル像面 a '— b 'に平板 16'が 接するよ う に凸レンズ 14'を配置させればよい。 そうするこ とによって実用上必要とされる精度内において、 シエイ ドが 凸レンズのメ リ ジ才ナル像面 a — b に沿って湾曲した形状に 構成されている前述した実施例と実質的に同様の効果が期待 できる。
第 17図および第 18図は第 1 の実施例と類似の光学系から成 る第 2の実施例における リ フ レク タ一の光学的特性と反射面 を構成する各面素の配置関係を示している。 この実施例にお ける リ フ レクター 10の反射面 10aは光軸を含み凸レンズ 14の メ リジォナル像面 a — b に垂直な平面 （ Y Z平面） に平行で あ り かつ光軸をはさんで等距離 にある 2つの平面 100 ( X = - Dx) および 101 ( X = Ό 1 ) によって中央反射部分 Μと 左右周辺反射部分 C と に区分されている。 中央反射部分 Μに おける面素 Q ηは光源 F から入射した光線をメ リ ジ才ナル像 面 a — b上にある点 S に向けて反射するよう にその方位が定 め られる。 各面素のうち、 光軸を含みメ リジォナル像面に実 質的に垂直な平面との距離が同じ面素において反射される光 線はメ リ ジォナル像面 a — b上の同一の点に収束されるよう にそれらの面素の方位が決め られる。 たとえば第 18図におい て面素 Qnは =一 に配置され面素 Q3および Q4も = 一 xnであるから面素 Q3と Q4において.反射された光線は共 にメ リ ジォナル像面上の点 S ( = - 3： s) に収束される。 従って、 中央反射部分 Mにおける他の面素の方位もまた第 1 の実施例において説明したよう な手法によ り s == f ( n ) を満たす適切な関数を導入する こ と によっ て定め られる。 好 ま し く は xs = 0.125 xn 2等の線形式で表現される闋数が選ば れる。 左右周辺反射部分 Cにおける面素は光源からの入射 光をすベて光軸とメ リ ジォナル像面 a— b が交差する点 S i ( = 0 ) に向けて反射するよう にそれらの面素の方位が定 められている。 このことは左右周辺反射部分 Cは光源 F を第 1焦点と し点 S iを第 2焦点とする回転楕円面 30の一部にな るよう に形成されること を示している。 光源 Fから左右周辺 反射部 Cに入射した光線は矢印 Aおよび Bで示されるよう な 方向に反射され点 S iに収束されるが、 これらの光線による 光度分布は第 19図において点線 31で示されている。 目標とす る光度分布を第 19面において実線で示される L とすれば、 リ フ レクタ一の中央反射部分 Mにおける各面素の方位は、 目檫 とする光度分布 Lから左右周辺反射部 Cによる光度分布を差 し引いた光度分布を得るよう に決定される必要がある。 実際 には第丄 の実施例における リ フ レク タ一の中心 O近傍の形状 (第 17図において点線で示す） を第 17図において実線で示す よう に少し変形させて形成し、 光源 Fから リ フレクタ一の中 心 0近傍に向かって放射された光線が矢印 E , Fで示される ような方向 （メ リ ジォナル像面 a — b と光軸が交差する点 S Xから比較的にずれた点に向かう方向） に反射されるよう に 中心部近傍の面素の方位が計算されている a 即ち、 中央反射 部分 Mの中心◦近傍の各面素に対しては前述した線形式の闋 数を用いないで修正した関数を用いて面素の方位が決められ るべきである。 しかしながら、 中心 O近傍の形状を点線で示 したよう に第 1 の実施例における形状と同じ く形成した場合 には中心 O近傍に入射した光線はメ リジ才ナル像面上の S i に比較的近い点に向かって反射されるのでシェード上の光度 分布は実際には光度分布 L に点線 31で示したよう な回転楕円 面 0による光度分布を加えた分布とな り、 シェードの中央部 分の光度を一層大き くすること ができ る。
第 20図および第 21図は第 1 の実施例と類似の光学系から成 る第 3の実施例における リ フ レ ク タ ーの光学的特性と各面素 の配置闋係を示している。 この実施例における リ フ レク タ一 10の反射面 10aは、 光軸を含み凸レンズのメ リ ジォナル像面 a — b にほぼ垂直な平面 （ Y Z平面） に平行であ り かつ光軸 をはさんで等距雜 D 2にある 2つの平面 102 ( X = - Ό 2 ) お よび 103 { X = Ό 2) によって中央反射部分 と左右周辺反 射部分 C'に区分されている。 中央反射部分 M'にある各面素 は光源からの入射光をすベて光軸とメ リ ジォナル像面 a — b が交差する点 S i x - O ) に向けて反射するよ う にそれらの 方位が定められている。 このこ とは第 2の実施例における左 右周辺反射部分 Cと同様に、 この実施例の中央反射部分 M' にある面素は、 光源 F を第 1焦点と し、 点 S を第 2焦点と する回転楕円面 40の一部を近似的に形成するよう になっ てい るこ と を示している。 左右周辺反射部分 C'における各面素 は、 前述の実施例の中央反射部分 Mにおける面素と同様に s = f ( 3 n) を満たす適切な関数を導入するこ と によって 定められ、 x s - 0.125 x n 2等の線形式で表現される関数が選 ばれる。
この実施例における リ フ レク タ一は中央反射部分 M'が回 転楕円面 40の一部と して近似的に形成されているので、 反射 光が光軸とメ リ ジ才ナル像面 a — b の交点 Sェに集中して左 右方向についての中心光度分布を上昇させるので、 左右周辺 反射部分 C'の リ フ レ ク タ ー 10における各面素 Qnの方位 Nの 設定は比較的自由度を有するこ と になる。 即ち、 シ： Lー ド近 傍において、 目標とする所定の光度分布は、 リ フ レク タ一の 中央反射部分 M'において回転楕円面 40によってある程度の 光度分布が得られるので、 リ フ レ クタ一の左右周辺反射部分 C'において各面素 Qnの方位を自在にコ ン トロールして全体 と して種々の光度分布をシヱー ド近傍に得る ことが可能であ る。 特にリ フ レクタ一の左右周辺反射部分 C'においては光 源 F から入射する光線を有効にシェー ド近傍に向かって反射 させることができるため光線を有効に利用することができる 第 22図および第 23図は第 1 の実施例と類似の光学系を有す る第 4の実施例における リ フ レクタ一の光学的特性と各面素 の配置関係をそれぞれ示している。 この リ フ レクタ一の反射 面 10aは中央反射部分 M〃と、 それに隣接する 2つの中間反射 部分 B と中間反射部分 B に隣接する 2つの左右周辺反射部分 C〃とで構成されている。 中央反射部分 M〃と中間反射部分 B は、 光軸を含みメ リ ジォナル像面 a — b にほぼ垂直な平面 ( γ ζ平面） に平行であり かつ光軸から等距離にある 2つの 平面 104( x =— D3) と 105 ( 3 - D3) とによって区分され、 中間反射部分 B と左右周辺反射部分 C は、 同じ く平面 106 ( X = - D 4 ) と 107 ( X = D4) によって区分されている。 中央反射部分 M〃は水平断面が光源 F を焦点とする放物線 の一部であリ、 垂直断面が光源 F を第 1焦点と し、 丄ジォ
--、
ナル像面上の点を第 2焦点とする楕円の一部であるような曲 面 50に形成されている。 即ち、 ： cs = 3 n ( - D3 < „≤ D3 ) なる線形式で表現される一次関数を適用 して面素の方位を決 めるのと同じことである。
曲面 50は、 Y Z平面からの距雜 Di(0≤ Di D3)が等し いような点においては光源 F から入射した光線をすベて、 Y Z平面に平行であるよ う な方向に反射させかつメ リ ジォナル 像面上の共通の点 （光軸から Diの距雜にある点 S i)に集ま るよう に形成されている。 従ってシエイ ド 16の光軸から雜れ た周辺まで配光されるので左右に広がり の大きい配光パター ンを得る こ とができる。
左右周辺反射部分 における面素は、 光源 Fから入射し た光線を光軸とメ リ ジォナル像面の交点 に収束させるよ う に方位が定められる。 このよ う な面素は、 光源 F を第 1焦 点と し、 点 S tを第 2焦点とする回転楕円面 40の一部と して 近似的に形成される こ と を示す。 即ち、 s - 0 ( xn — D4 又は n≥ D4) で特徴付けられる。
更に中間反射部分 B における各面素 Qnの方位は中央反射 部分 M〃および左右周辺反射部分 C〃において反射される光線 による、 目標とする光度分布への寄与を考慮に入れて設定さ れる。 xsと 3 nとの関係で説明すれば一 D4< xn<— D3 ， 又は D3 < : nく D4のときの xsは： cs - f ( x n) で表現され、 回転楕円面 40において反射される光線による寄与と曲面 50に おいて反射される光線による寄与を 目標とするシェード上の 光度分布から差引いた残り の光度を得るよ う な各面素 Qnの 方位を与える関数を選べばよいことになる。
この実施例においては中央反射部分 M〃が水平断面が光源 F を焦点とする放物線の一部であ り、 垂直断面が光源 F を第 丄焦点と し、 メ リ ジォナル像面上の点を第 2焦点とする楕円 の一都であるような曲面 50に形成されており、 少なく ともそ の水平断面が放物線をなすよ う に形成されればよ く 、 垂直断 审は必ずしも放物線である必要はない。 また従来のよ う に反 射面を回転楕円面だけで形成した場合の反射面は第 22図の点 線 41で示したような形状であ り、 この実施例による反射面を 用いることによ り リ フ レクタ一の光軸方向の厚みが滅少する 以上説明したような各実施例においては、 第 14図および第 15図に模式的に示されるよう に、 反射鏡の各面素において反 射された光線は、 シエイ ド 16のエッジ 15および 18によって形 成される明暗限界 19を有する配光パターンを与えるが、 シ工 イ ド 16のエッジ 15がほぽ光軸を含んだ水平面上にあるために. 最大光度領域 100に集中すべき反射光線の一部がシ ィ ド 16 によってブロックされている。
第 1実施例における光学系と類似の光学系を用いて最大光 度領域に集中すべき反射光線を犠牲にする ことがないよ う に するためには、 反射面を構成する各面素の方位を最大光度領 域 100の中心をシエイ ド 16のエッジ 15よ リも上方に形成する よう に設定される必要がある。 第 24図はそのような場合のシ エイ ド 16の位置における配光パターンの概略を示す。 光源 F を リ フ レクタ一の軸上に配置し、 凸レンズ 14の光軸を リ フ レ クタ一の軸と一致させかつシエイ ド 16のエッジ 15を レンズ 14 のメ リ ジォナル像面 a — b に沿って配置させた光学系を配設 する。 光源 F と して E C規格の H 3 12 V / 55 Wで定めるハ ロゲンバルブと し、 フィ ラ メ ン ト長を 5 . 5鹂フィ ラメ ン ト径 0 . 8 nmとする。 第 1 の実施例で用いた反射鏡において光源 F の中心から リ フ レク ター中 、 0までの距雜を 15 醒 、 光源 Fか ら光軸とメ リ ジォナル像面との交点 S までの距雜を 50 nmと 仮定した場合には、 シヱイ ド 16の位置における最大光度領域 100の中心とシエイ ド 16のエッ ジ 1 5までの距雠 hは約 2 nmと なることが確かめられている。 具体的には、 反射面を形成す る各面素の方位が光源 Fから入射した光線を メ リジォナル像 面上の曲線 a — b よ り も約 2 鹂上方にある、 メ リ ジォナル像 面上の曲線 a〃一 b〃上にある点に向けて反射するよ う に定め られている。 光源 F から 10 mの個所における配光パタ ーンは 第 25図に示すよ う にな り、 最大光度領域 1 00がシ Xイ ド 1 6に よってブロ ッ クされる割合が少なく な り光源 F から放射され る光線を有効に利用するこ とができる。 上述した h に関して は、 0 . 5ram h ≤ 5 ramの範囲では上記のような効果が認め ら れるが h < 0 . 5mmおよび h > 5 mmの範囲では実用上の効果は 認められないことが実験的に確かめ られている。
以上説明したよ う な本発明の卓雨用へッ ドラ ンプによる実 施例において、 Γ凸レンズのメ リ ジォナル像面近傍」 とは、 メ リ ジォナル像面そのものを含み実質的に凸レンズのサジタ ル像面までの領域を表わしている。 また光源と してフィ ラメ ン ト F を内包したハロゲンバルブを用いているが、 放電灯で あってもよいことはもちろんである。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 皿状に形成され、 その内面を反射面とする反射鏡と、 そ 5 の反射鏡の軸上にその光軸を配置させた光源と、 前記光源 から放射され前記反射面で反射された光線の一部を阻止し て明暗限界を与えるよう な光学的に有効なエッジを有する シエイ ドと、 前記光軸上に配置され、 前記シヱイ ドによ り 形成された光ビームの通路内に配置された凸レンズとから
10 構成され、 前記シエイ ドのエッ ジは前記レンズのメ リ ジォ
ナル像面の近傍に位置して配設され、 前記反射面は多数の 微小面素が連続してなめ らかに形成された構成であ り、 前 記各面素は前記光源から入射した光線を前記メ リ ジォナル 像面の近傍に向けて反射させかつ前記シヱイ ドの位置にお
15 ける 目標とする光度分布を得るよ う に前記光軸に対する方 位があ らかじめ設定されているプロジェクタ一形車雨用へ ッ ドランプ。
2 . 前記反射面は、 前記光軸を含んた'垂直平面までの距雜が 等しいような複数の面素から成る面素群を前記垂直平面の
Z0 雨側に一定間隔で配置させて成る多数の面素群から構成さ れ、 前記面素群に属する各面素は前記レ ンズのメ リ ジォナ ル像面近傍の同一の点に収束されるよ う に方位がそれぞれ 定め られかつ前記多数の面素群に対応するそれぞれの収束 点の前記光軸までの距離 （ s ) は前記各面素群の前記垂
25 直平面までの距雜 （ oc n ) の関数と して与えられている請 求の範囲第 1項に記載のプロジェク タ一形車両用へッ ドラ ンプ。
3 . 前記各面素の方位は前記光源から入射した光線をそれぞ れ前記メ リジォナル像面近傍に向けて反射させて前記シェ イ ドのエッジの上方に最大光度領域を形成するよ う に定め られている請求の範囲第 1項に記載のプロジ ク タ一形車 而用へッ ドランプ。
4. 前記各面素の方位は、 前記光源から入射した光線を、 前 記光軸を含む水平面と平行であ リ前記光軸よ り も上位にあ る他の水平面と前記メ リ ジォナル像面との交線に向けてそ れぞれ反射させ、 前記シエイ ドのエッジの上方に最大光度 領域を形成するよ う に定め られている請求の範囲第 3項記 载のプロジェク タ一形車両用へッ ドランプ。
5 . 前記反射面は前記光軸を含み前記メ リ ジォナル像面に垂 直な平面に平行であ り かつ前記光軸をはさんで一定の距離 にある 2つの平面によって中央反射部分と左右周辺反射部 分と に区分され、 前記中央反射部分にある前記各面素は s = 0 となるよ う に方位が定め られ、 前記左右周辺反射 部分にある前記各面素は 3 Sが 3C nの線形式で表現されるよ う に方位が定められている請求の範囲第 2項 一 載のプロ ジェクタ一形卓両用ヘッ ドランプ。
6 . 前記反射面は前記光軸を含み前記メ リ ジォナル像面に垂 直な平面に平行であ り かつ前記光軸をはさんで一定の距雜 にある 2つの平面によって中央反射部分と左右周辺反射部 分とに区分され、 前記中央反射部分にある前記各面素は sが X nの線形式で表現されるよう に方位が定め られ、 前 記左右周辺反射部分にある前記各面素は 3C S = 0 となるよ う に方位が定められている請求の範囲第 2項に記載のプロ ジヱクタ一形車雨用へッ ドランプ。
7. 前記反射面は、 前記光軸を含み前記メ リ ジォナル像面に 垂直な平面に平行であ リ かつ前記光軸をはさんで一定の距 離にある 2つの平面と前記平面に平行であ リ かつ前記光軸 をはさんで前記距離よ りも大きな距離にある他の 2つの平 面とによ り それぞれ中央反射部分、 中間反射部分および左0 右周辺反射部分に区分され、 前記中央反射部分にある前記 各面素は 3C S = 3C nとなるよ う に方位が定められ、 前記中間 反射部分にある前記各面素は 3 Sが xnの線形式で表現され るよう に方位が定め られ、 前記左右周辺反射部分にある各 面素は xs = 0 となるよ う に方位が定め られている請求の5 範囲第 2項に記載のプロジェク タ一形車両用へジ ドランプ
Q
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