JP2006134882A - カットオフビームを射出する自動車用照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低出力の光源から十分な光束をもつ光ビームを射出することができ、光源の正面にシールドを設けなくてもよい、小型の照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】概ね水平な軸をもつ概ね円筒形のフィラメントを有する光源と、反射によってカットオフビームをつくり出す少なくとも1つのリフレクタとを備え、フォグランプタイプの光軸を有するカットオフビームを射出する自動車用照明装置であって、フィラメントと光軸は、互いに斜めまたは垂直方向に延びるようになっている照明装置において、光源2の正面に、カットオフビームを射出するレンズLを設ける。
【選択図】図2
【解決手段】概ね水平な軸をもつ概ね円筒形のフィラメントを有する光源と、反射によってカットオフビームをつくり出す少なくとも1つのリフレクタとを備え、フォグランプタイプの光軸を有するカットオフビームを射出する自動車用照明装置であって、フィラメントと光軸は、互いに斜めまたは垂直方向に延びるようになっている照明装置において、光源2の正面に、カットオフビームを射出するレンズLを設ける。
【選択図】図2
Description
本発明は、光軸をもつカットオフビーム(一部を遮られた光ビーム)を射出する照明装置であって、前記光軸と斜めまたは直交する方向に延びる概ね水平なフィラメントを具備する、概ね球形または円筒形の光源と、カットオフされた反射ビームを射出する少なくとも1つのリフレクタ(反射器)とを備える照明装置に関する。
より特定していうと、本発明は、フォグランプに関する。ただし、これに限定されるものではない。
特許文献1は、水平なカットオフライン(これらの文献においては、ロービームの場合、破線で示されている)よりも下方に位置するカットオフビームを射出しうる表面を有するリフレクタを備えた、上記のタイプの照明装置を開示している。光源から後方のリフレクタへ向けて射出される光線は、光源から射出される光線の一部にすぎないため、所望の光ビームを生成しうるよう、光源はかなり強力なものとなっている。
光源から前方に向けて光が漏れ、眩惑光線(対向車両の運転者を幻惑する光線)が発せられることのないように、通常、光源の前方にはシールドが設けられる。したがって、高出力の光源を用いる場合においても、光ビームに利用されるのは、光束の一部だけであり、この一部の光束が光度測定上の条件を充たしているのである。
高出力の光源を用いる場合、光源から発生する高熱に耐えうるよう、ガラス製のハウジングが必要となるとともに、この光源とハウジングとの間に、比較的長い距離を保たなければならないため、ハウジングの奥行きがかなり長くなる。
特開平11−265602号公報
本発明は、比較的低出力の光源から十分な光束をもつ光ビームを射出することができる、比較的小型の照明装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、小さなスペースに設置することができ、かつ光源から発生する熱が小さく、プラスチック製のカバーを使用できる照明装置を提供することを目的とする。
本発明のもう一つの目的は、垂直方向に向かう光ビームのカットオフを簡単かつ迅速に行うことができる照明装置を提供することである。
本発明は、光軸をもつカットオフビームを射出する照明装置であって、前記光軸と斜めまたは直交する方向に延びる、概ね水平な軸をもつ概ね円筒形のフィラメントを具備する光源と、カットオフされた反射ビームを射出する少なくとも1つのリフレクタとを備える照明装置に関する。本発明に係る照明装置は、光源の前方に、カットオフされた反射ビームを射出するレンズを備えている。
本発明の照明装置における光源とは、光線を発する少なくとも1つのフィラメントと、透明なハウジングとを具備する、ランプ型の球形のものを意味する。ハウジングは、円筒形または球形の外形を有する。フィラメントは、通常、螺旋形のワイヤであり、この分野で公知となっているように、全体的な形状は円筒形である。
光源から直接前方に向けて発せられる光線は、レンズによって屈折し、光ビームの中に混じるため、眩惑光線が生じることはない。このように、光線の一部を屈折させるため、光源は低出力でもよく、ロービームの場合よりも弱い光ビームをつくり出すことができる。この光ビームの光束は、弱いものの(1000ルーメン以下、特に900〜600ルーメン以下)、光学測定上の条件を充たすため、通常、フォグライトとして用いられる。
本発明に係る照明装置において用いられるレンズは、このレンズの境界部分に入射する光線を、光軸と概ね平行になるように屈折させるものが好ましい。他方、これ以外の入射光線は、光軸よりも下方に傾斜するように屈折する。
通常、光源は、光軸と直交する方向に向けて配置される。しかし、光源の幾何学的な軸と光軸のなす角度は、90°でなくともよい。
光源は、光源のハウジングに固定するのが好ましい。リフレクタとレンズは、互いに固定され、かつ垂直方向におけるカットオフの調整のため、光源の軸の回りで回転しうるように取り付けられる。
光源は、横向きに配置され、かつ軸方向に延びるフィラメントを備えるランプを有する。光源は、プラスチック材料、特に熱可塑性の材料から形成するのが好ましい。
レンズの入射面は、平面的、かつ矩形で、垂直方向を向いているのが好ましい。レンズの射出面は、フレネルレンズ状、すなわち、垂直方向と水平方向において、フレネルレンズの形状をもつようにすることができる。薄いレンズで所望の光ビームが得られるように、レンズの射出面には、パッドまたはブロックを設ける。レンズの射出面におけるブロックは、2つの曲線群に従って、メッシュ状に設けられる。
レンズの頂部と底部は、互いに非対称であり、レンズは、平面視において湾曲している。
リフレクタは、少なくとも4つのセクタ(または小リフレクタ)を組み合わせて構成することができる。このうち、2つのセクタ(以下「最初の2つのセクタ」という)は、ともに、光軸を含む水平面の上方と下方に延び、他の2つのセクタは、最初の2つのセクタの間にあって、それぞれ、上記水平面の上方と下方に位置する。
最初の2つのセクタは、反射光線が、レンズと光源という障害物を回避して進むことができるように設計される。
自動車の外側に向かって延びるセクタは、焦点距離が長く、反射面を規定する曲線の関数が不連続な第2のセクタと関連づけることができる。
他の2つのセクタは、両者で単一のリフレクタの一部をなしている。これらのセクタの反射面は、横方向に位置する最初の2つのセクタの正面に配置される。これら他の2つのセクタは、光源の後方で連結され、眩惑光線を発することのないように、最初の2つのセクタよりも、焦点距離を短くする。
各セクタの焦点距離は、ちょうど15mmとするか、または小型のリフレクタを所望する場合には、これよりも短くする。
本発明のもう一つの様相によれば、これまで簡単に説明してきた照明装置と、この照明装置とは異なる照明機能を果たしうる少なくとも1つの補助的な光源とを備える自動車用照明システムが提供される。
この様相に係る照明システムは、好ましい実施形態において、フォグランプとして働く外、日中の走行中における照明機能または合図機能を果たす。
本発明に係る照明システムのもう一つの特徴は、ハウジング内面の少なくとも一部が、補助的な光源から直接または間接的に射出された光ビームを反射する機能を有することである。
本発明に係る照明システムのさらに他の特徴は、上記の補助的な光源に関連づけられ、かつ上記照明装置のレンズの拡張部分を構成するレンズを備えていることである。
本発明に係る照明装置は、多くの長所を有するが、顕著なものは、次の通りである。
−奥行きが小さく、小型である。
−光線の分布が照明基準に適合し、カバーの外側においても50%の光束が得られるという効率的な光学システムを実現する一方で、低出力のランプであるため、プラスチック製のカバーを使用することができる。
−将来の照明基準R19−3にも適合する非常に細い光ビームを射出することができる。
−奥行きが小さく、小型である。
−光線の分布が照明基準に適合し、カバーの外側においても50%の光束が得られるという効率的な光学システムを実現する一方で、低出力のランプであるため、プラスチック製のカバーを使用することができる。
−将来の照明基準R19−3にも適合する非常に細い光ビームを射出することができる。
本発明に係る照明装置は、上述の構成要素の外にも、構成要素を有するが、これらについては、以下の実施形態において、添付の図面を参照して、詳しく説明する。
図1と図2は、自動車の前面に取り付ける照明装置1を模式的に示す。照明装置1は、カットオフビームを射出する。以下の実施形態は、照明装置1をフォグランプとして用いる場合についてのものであるが、本発明に係る照明装置は、ロービームのような他のカットオフビームを射出することもできる。
照明装置1は、光軸Y−Yを有する。また、照明装置1は、概ね円筒形で、光軸Y−Yと直交して概ね水平に延びる軸2bをもつフィラメント2aを有する光源2を具備している。ただし、フィラメント2aの軸2bは、光軸Y−Yと90°以外の角度をなすように傾斜させることもできる。
照明装置1は、光源2を収容するハウジング3を備えている。ハウジング3は、自動車の構造体に固定されており、ハウジング3の前部は、カバー4によって塞がれている。光源支持体5は、ハウジング3に密着して固定されている。
低出力の光源2は、概ね球形または回転楕円体の透明なランプからなる。このランプは、600ルーメン以下、好ましくは400ルーメン以下の光束を与えるフィラメント2aを備えている。このようなフォグランプは、特に霧の中で光ビームを射出するために用いられるランプよりも、低出力である。光源2としては、フィラメントの一部を覆うためのマスクがないPS24型のランプを用いることができる。
光源2は低出力であるため、照明中に発生する熱は小さい。よって、カバー4の材料であるガラスは、公知の照明装置におけるよりも、フィラメント2aに近づけることができる。このため、光源2を横向きに配置し、奥行きH(光軸と平行な方向における長さ;図2参照)を短くすることができる。照明装置1は、発熱量が小さいため、カバー4は、プラスチック材料から形成することもできる。
照明装置1は、セクタA,B,D1,D2,およびCからなるリフレクタを備えている。
レンズLは、光源2の前方、すなわち光ビームが伝播する方向に位置している。レンズLは、光ビームの一部を遮蔽しうる構成となっている。すなわち、レンズLは、対向車両の運転者を眩惑することのないように、光源2から前方へ直接射出された光を回収することができる。
セクタA,B,D1,D2,およびCは、模式的に示す接続手段6によって、互いに、およびレンズLと連結されている。これらのセクタとレンズLは、フィラメント2aの軸2bの回りで回動しうるように取り付けられているため、ハウジング3または光源2を移動させなくても、垂直方向において、光ビームのカットオフを調整することができる。
セクタとレンズLは、各セクタに固定されかつ軸2bと同軸をなすスリーブ6bの内部で回転しうるように、ハウジング3の壁体に設けられたシャフト6aに取り付けられている。シャフト6aは、カットオフを外部から調整するための制御装置6cと接続しうるように、ハウジング3から延出させてある。
各セクタは、本出願人の特許文献1に記載されているような複雑な表面SCを有するセクタ群を構成している。表面SCの詳細は、この文献に記載されているため割愛する。ただし、リフレクタの主要な点については、本明細書にも記載してある。
すべてのセクタの光学面は、平らなカットオフライン(途切れ途切れの場合もある)をもつ反射光ビームをつくり出すことができる性質を有している。通常、カットオフラインは水平で、光ビームは、このカットオフラインの下方に位置する。
各セクタを適切に設計するための原理は、上記特許文献1に記載してある。
〔セクタAとB〕
光源2の正面にレンズLが存在していることを考慮し(図3参照)、リフレクタのセクタ、とりわけセクタAとBによって反射される光線が、ランプ2の電球2cを通過するのをできる限り阻止する必要がある。これは、光線が、その進行方向によっては、レンズLによって上方に屈折し、対向車両の運転者に許容しえないくらいの眩惑を生じさせるおそれがあるためである。ランプ2の電球2cによって反射された光線は、失われるかまたは有害であるとみなさなければならない。なぜならば、電球2cは、フィラメント2aから直に入射する光線でない光線を拡散させるが、この拡散は制御できないからである。したがって、セクタによって反射される光線は、電球2cを回避して通過させなければならない。
光源2の正面にレンズLが存在していることを考慮し(図3参照)、リフレクタのセクタ、とりわけセクタAとBによって反射される光線が、ランプ2の電球2cを通過するのをできる限り阻止する必要がある。これは、光線が、その進行方向によっては、レンズLによって上方に屈折し、対向車両の運転者に許容しえないくらいの眩惑を生じさせるおそれがあるためである。ランプ2の電球2cによって反射された光線は、失われるかまたは有害であるとみなさなければならない。なぜならば、電球2cは、フィラメント2aから直に入射する光線でない光線を拡散させるが、この拡散は制御できないからである。したがって、セクタによって反射される光線は、電球2cを回避して通過させなければならない。
セクタの母面、特にセクタAとBの各母面GAとGBは、平面Πという2次元の中で、符号r3で示すような反射光線が、レンズLと電球2cという障害物を回避して進むように設計されている。
〔セクタAの母面GAの構成〕
図3の右側部分は、反射光線r3、r4、r5がレンズLと電球2cという障害物を回避して進む臨界的な場合を示している。
図3の右側部分は、反射光線r3、r4、r5がレンズLと電球2cという障害物を回避して進む臨界的な場合を示している。
通常、反射光線は、光軸Y−Yと直交する方向Δにおける正の値(+x)をとるように進む。正の値(+x)とは、外側(自動車の右側の照明装置の場合、右側)へ向かう値である。湾曲した母面GAは、障害物を回避するという条件を充たしつつ、光ビームの分布を最適にするように設計される。
光軸Y−Y側における母面GAの境界から、フィラメント2aの後部へ所定の距離Fが確保されている場合、ランプ2の電球2cの大きさにより、反射光線r3がとりうる最小の偏差が定まる。距離Fは、短く、特に15mm以下とするのが好ましい。このような場合、反射光線r3は、光ビームの水平方向における大きな偏差に相当することとなるが、このような大きな偏差は、必要な光ビームの幅(照明基準R19−3により要求される)に照らすと、不必要である。
上述の照明装置の構成において、問題となる光線は、フィラメント2aの端部から出発する光線、すなわち、フィラメントの端部の右下隅(図3において、問題となる母面GAと同じ側においてリフレクタに向かう隅)から平面Πに向かい、さらにフィラメントの端部の右上隅(図3において、セクタAの側においてレンズLに向かう隅)に向かう光線であることに留意すべきである。
リフレクタのセクタAは、平面視におけるその構造上の特性を拡張するため、反射光線r3を含む垂直な平面によって区画されている。
セクタAの母面GAは、Δ方向において正の値(+x)をとるように進む光ビームをつくり出す構成とするのが好ましい。
〔セクタBの母面GAの構成〕
ハウジングの透明な部分の一角を占める、ランプの位置設定システム5(図3参照)が存在するため、セクタBは、照明装置の内側(自動車の内方に向かう側)、すなわちΔ方向の負の値(−x)の部分だけを照らし出すように設計されている。 (−x)の部分は、光軸Y−Yの左に位置する部分に対応する。
ハウジングの透明な部分の一角を占める、ランプの位置設定システム5(図3参照)が存在するため、セクタBは、照明装置の内側(自動車の内方に向かう側)、すなわちΔ方向の負の値(−x)の部分だけを照らし出すように設計されている。 (−x)の部分は、光軸Y−Yの左に位置する部分に対応する。
セクタAとBの各母面GAとGBの焦点距離は、x=0の位置が両母面の共通の焦点となるように、互いに等しくするのが好ましい。焦点距離をこのように設定することは、本発明の要件ではないが、このようにすると、眩惑光線の発生を最小限にとどめることができる。
〔セクタD1,D2の構成〕
下記の要領で輪郭を形成するセクタD1とD2は、これら2つで、1つの小リフレクタを構成している。図2に示すように、セクタD1,D2の反射面を、セクタD1,D2の横に設けられているセクタAとBの前方に位置させ、セクタD1とD2からなる小リフレクタの全体的な焦点距離は、セクタAとBのそれよりも短くする。同様にして、セクタD1とD2の前方に、眩惑光線が発せられないようにして、種々のセクタを連結することができる。
下記の要領で輪郭を形成するセクタD1とD2は、これら2つで、1つの小リフレクタを構成している。図2に示すように、セクタD1,D2の反射面を、セクタD1,D2の横に設けられているセクタAとBの前方に位置させ、セクタD1とD2からなる小リフレクタの全体的な焦点距離は、セクタAとBのそれよりも短くする。同様にして、セクタD1とD2の前方に、眩惑光線が発せられないようにして、種々のセクタを連結することができる。
リフレクタ全体の境界は、セクタAとBの光軸Y−Y方向の輪郭によって定められている。リフレクタを、プラスチック材料から成形される個々のセクタに分解しうるようにするためには、平面Πにおいて、光軸Y−Yから傾斜するように、アンダーカットを設けることが必要である。
リフレクタのうちセクタD1,D2の輪郭は、正面視または背面視において、砂時計の形状を有する(図1参照)。このリフレクタは、レンズLの最下点を通ってセクタD2の境界を定める水平面U2(図4参照)に沿って切断する。なぜならば、リフレクタを起点とし、水平面Πと水平面U2の間を通過する水平な反射光線は、レンズLによって、すべて上方に屈折し、眩惑光線の原因となるからである。
セクタDの底部の境界は、セクタD1によって反射される光線が、平面Πよりも下方においてレンズLに到達することのないように、平面Πの上方に位置する平面によって定める。すなわち、セクタD1の境界は、レンズLの最上点を通る水平面U1によって定める(図4参照)。
本発明の一実施形態においては、リフレクタのうちセクタD1とD2の輪郭は、照明基準によって要求される視界をすべて照らし出すことができるように定められる。しかし、これは、本発明の要件ではない。
〔セクタCの構成〕
前述の母面GAに係る距離Fを短くするため、セクタAは、光軸から横方向に離れるに従って、急激に広がっている。
前述の母面GAに係る距離Fを短くするため、セクタAは、光軸から横方向に離れるに従って、急激に広がっている。
十分に透明な反射面が得られるならば、この反射面を「フレネル化」、すなわち、反射面を規定する曲線を表す関数が不連続で、複数の焦点距離が合体されることとなる第2のセクタCを設けることによって、セクタAを分画するのが望ましい。
セクタCは、セクタAよりも焦点距離が長く、光軸に沿って、セクタAの延出部分よりも少し前方に位置する。セクタAとセクタCのずれは、フィラメント2aの軸2bに沿って生じている。図2に示すように、セクタAとCの連結部材6は、フィラメント2aの軸方向に配置するのが好ましい。セクタAとCをこのように連結するのは、ランプ2が、この方向にはほとんどエネルギーを放出せず、連結の設計が容易なためである。この場合、エネルギーの損失もほとんどない。
フィラメント2aが軸方向になす角度が小さいため、セクタCは、ほとんど光のエネルギーを受けず、非常に細い光ビームをつくり出すだけである。したがって、カットオフラインの下方における、光ビームの位置が低い部分の光束を強化することができる。これは、将来の照明基準R19−3(光ビームの幅)に合わせるという意味では好ましい。
垂直方向においてフィラメント2aをできるだけ包囲するため、各セクタの焦点距離、とりわけセクタAとBの焦点距離は、短くする(15mm以下が好ましい)。フィラメントが横方向を向いているため、フィラメントの像は、リフレクタの高さ方向において、控え目な大きさにとどまる。
〔エネルギー回収用レンズL〕
横向きのフィラメント2aは、後方のリフレクタへ放出するエネルギーと同じくらいのエネルギーを、前方のカバー4に向けて放出する。レンズLは、カバー4へ向かうエネルギーを回収する一方で、フィラメントを直接目視することによる幻惑を防ぐためのカットオフラインを設定する。このようなフィラメントの直視による眩惑は、フィラメントの射出インジケータが最大となる方向においても生ずる。
横向きのフィラメント2aは、後方のリフレクタへ放出するエネルギーと同じくらいのエネルギーを、前方のカバー4に向けて放出する。レンズLは、カバー4へ向かうエネルギーを回収する一方で、フィラメントを直接目視することによる幻惑を防ぐためのカットオフラインを設定する。このようなフィラメントの直視による眩惑は、フィラメントの射出インジケータが最大となる方向においても生ずる。
図5は、平凸レンズMの垂直断面図である。レンズMの焦点は、符号7で示してある。横向きのフィラメント2aの最下点は、焦点7を通る水平面に対して、焦点7の位置で接している。フィラメント2aのうち焦点7よりも前方の部分から発せられる光線i6は、レンズMでの屈折の結果、上向きの光線r6となる。しかし、この光線r6は、眩惑光線となるため、許容しえない光線である。
この問題を解決するため、本発明においては、図6に示すように、上向きの屈折光線を含まない、水平線を上限とするカットオフビームを射出するように、レンズLを設計する。
照明装置の大きさの制限を考慮し、レンズLは、高開度(1よりも大きい)で、かつ入射光線を水平方向に屈折させるようなものでなければならない。このため、側面部分が上向きの光線を射出する円筒形のレンズを使用することはできない。
つぎに、本発明の照明装置において用いるレンズの構成を説明する。
図7と図8に示すレンズLの入射面Eは、任意の形状とすることができる。この実施形態においては、入射面Eは、平面的、かつ矩形であり、垂直方向を向いている。また、入射面Eは、フィラメント2aの軸2bと平行である。ここで、フィラメント2aの中心を通り、光軸Y−Yと角度αをなす垂直な面Qαを考える。角度αは、0から、入射面E内で垂直方向を向くいずれかの直線に対応するαnの範囲で変化させることができる。
面Qαと入射面Eとの垂直方向を向く交線をCi(α)とし、この交線Ci(α)上の高さzの点をP(α,z)で表わす。
図9に示すように、フィラメント2aから射出され、面Qα内を進む各光線は、それぞれ、点P(α,z)に入射する。
フィラメント2aを面Qαに沿って切断した断面は、楕円形である。
レンズLは、常時、射出面のいずれかの点から水平な屈折光線が射出され、他の点から射出する屈折光線は、すべて下向きとなるように設計する。
レンズの入射面の最下点P(α,z)と最上点P(α,z1)は、それぞれ、フィラメント2aの後方端および前方端の接線に相当する光線に対応する。
レンズの頂部と底部について考慮に入れるべきフィラメント2aの端部は、反射セクタの構成に当たって考慮されるフィラメントの端部とは反対側の端部である。
点P(α,z)と射出面Sで屈折した、上記数1により表される光線ベクトル(屈折光線)は、水平な光線である。この屈折光線は、射出面Sを表わす曲線の関数の偏導関数に相当し、αとzの関数である。
レンズ表面の輪郭を表わす曲線である解は存在するため、漸近的な方法により求めることが可能である(計算の繰り返しの打ち切りに伴う不正確さを伴うが、計算の方法により、結果が異なることはない)。以下に、2つの解法を紹介する。
すべてのαについて、次の数2で表わされるS(α)を考える。
ここで、Sは、レンズLの附分\ich求めるべき射出面の曲線を表わす関数である。また、S(α)は、交線Ci(α)上で屈折した光線を、さらに屈折させる射出面S上の点Σ(α,z)を結ぶ曲線を表わす。
ここで、Sは、レンズLの附分\ich求めるべき射出面の曲線を表わす関数である。また、S(α)は、交線Ci(α)上で屈折した光線を、さらに屈折させる射出面S上の点Σ(α,z)を結ぶ曲線を表わす。
次に説明する2つの解法のいずれにおいても、α=0の場合を、計算の出発点とする。
高さzの関数である曲線S(0)は、公知の方法で解くことができる簡単な微分方程式の解である。
点Σ(α,z)で屈折する光線が水平になるための条件を用いると、上記数3で表わされる法線ベクトルを求めることができる。
H(z)は、高さzにおける水平面Πと、レンズLの射出面Sとが交わる曲線である。
射出光線が水平であるという条件は、曲線H(0)を解く上では役に立たない(曲線H(0)についてのこのような条件は、0=0というトートロジーとなる)。したがって、曲線H(0)は、光ビームの水平な分布をチェックするためのパラメータとなる。
射出面Sを表わす曲線の関数の偏導関数を解くことができる場合、dα→0、かつdz→0のときには、上記2つの解法は、同じ解を与えるものでなければならない。上記第2の解法による解は、点P(α,0)で屈折した下記数14で表わされる光線に垂直な曲線H(0)に近づいていく。
他方、第1の解法においては、最初に曲線H(0)を求めなければならない。上述の式では、数15で表わされる法線ベクトルを解くことはできない。曲線H(0)の解は、前述の考察(光線と垂直な曲線)によって与えられる。したがって、曲線H(0)はパラメータではないことが分かる。
所与の入射面Eについてのパラメータは、最終的には、水平方向の偏差、および点Σ(α,z)に対するμの値である。入射面Eもパラメータであるが、これは扱いにくい。実際には、システムの光軸に垂直な平らな入力面だけが考慮される。
水平方向の偏差が0の場合、μは中心部の厚さを表わす。滑らかな射出面(本発明の要件ではないが、射出面は滑らかである方が好ましい)を得るためには、中心における水平方向の偏差が0となるようにしなければならない。
〔レンズLの外形〕
上述の構成を有するレンズLは、本発明における光学的な条件を充たすものである。このレンズLは、頂部と底部が互いに非対称であり、平面視において湾曲している(H(z)の構成を参照)。特定の用途(小型のフォグランプであるPS24ランプ)に適合しうるように、レンズLの大きさと取付け位置を調整する場合には、厚いレンズLを選び、このレンズLを、フレネルレンズのように、複数のパッドまたはブロックにセグメント化する。すなわち、エネルギー回収用レンズLを「フレネル化」する。
上述の構成を有するレンズLは、本発明における光学的な条件を充たすものである。このレンズLは、頂部と底部が互いに非対称であり、平面視において湾曲している(H(z)の構成を参照)。特定の用途(小型のフォグランプであるPS24ランプ)に適合しうるように、レンズLの大きさと取付け位置を調整する場合には、厚いレンズLを選び、このレンズLを、フレネルレンズのように、複数のパッドまたはブロックにセグメント化する。すなわち、エネルギー回収用レンズLを「フレネル化」する。
図10に示すように、フレネルレンズを設計する際のすでに公知となっている第1段階は、曲線S(α)の計算中に、許容しうる最小の厚さemin1(プラスチック射出の便宜のため、中心部の厚さは、小さくなるように設計する)に対応する臨界的な光線を3次元方向に延長することによって、簡単に実行することができる。前部が凸状の輪郭を有するブロック8,9は、このようにして設計される。ブロックは、垂直方向に、階段状に続いている。
このフレネルレンズの設計方法は、入射面の直線H(z)にも適用される。
次に、まずS(0)、ついで、高さzが0でない他の部分のS(α)について、「フレネル化」を行う。この後、最小の厚さemin2(<emin1)部分の曲線Hについて、「フレネル化」を行う。この結果、αが同一の曲線群12と、zが同一の曲線群13とからなる2つの曲線群に従う、ブロック10および11(図11参照)からなる、射出面Sを規定するメッシュが得られる。
本発明の照明装置によれば、所望の形状を有する光ビームが得られる。
フィラメント2aが軸2bの回りで回転しても、本発明に係る照明装置の光学的特性に影響を及ぼすことはない。ただし、z=0でフィラメントに接していた平面πは、垂直方向を向くように回動する。これは、フォグランプに必要な調整機能である。
レンズLは、プラスチック材料から形成するのが望ましい。
図12は、光源2とレンズLを介して得られる等ルクス曲線を描いたグラフである。照明領域は、水平線の下方に位置しており、光ビームが水平なカットオフラインを有することが、明瞭に現れている。
図13は、光源2、反射セクタA,B,D1,D2,C、およびレンズLからなる本発明の照明装置によって得られる等ルクス曲線を描いたグラフである。カットオフラインの下方に広がる光束が強化された照明によって、水平なカットオフラインが保持されていることが分かる。
上述の車体の右側に設けられる照明装置についての説明は、車体の軸方向に延びる垂直な面を対称の中心として左右を入れ替えることにより、車体の左側に設けられる照明装置についても、そのまま当てはまる。
図14A〜図14Eは、本発明に係る照明装置1を組み入れた照明システム10の種々の実施形態を示す。照明システム10は、自動車用の2つの照明機能を有する。すなわち、フォグランプ機能と、日中走行用の照明機能(DRL(Daytime Running Light))である。
照明システム10におけるハウジング3’の中には、本発明に係る照明装置1が収容されている。ハウジング3’は、図1〜図13を参照して説明した、上述の実施形態におけるハウジング3と比較して、軸方向に拡張されている。ハウジング3’は、カバー4’によって覆蓋されている。
ハウジング3よりも大型のハウジング3’は、もう一つの光源2’を収容することができる。この光源2’は、例えば出力15Wのランプとすることができる。
図14A〜図14Eから明らかなように、光源2’は、照明システム10の光軸に対して、種々の方向に取り付けることができる。図14Aと図14Eは、光源2’を光軸と平行に取り付けた場合を、また、図14B〜図14Dは、光源2’を光軸と直交する方向に取り付けた場合を示す。
図14A〜図14Eにおいては、便宜上、照明装置1のリフレクタRは、簡略化して描いてある。リフレクタRは、図示はしていないが、反射セクタA,B,D1,D2,およびCを有している。
図示の各照明システム10においては、ハウジング3’の内面は、日中走行用照明機能に求められる光学上のパターンをつくり出せるように設計されている。したがって、ハウジング3’の内面の少なくとも一部には、光源2’から射出された光ビームFDRLを反射しうる反射コーティングが施されている。
図14A〜図14Eに示す実施形態の変形例(図示せず)においては、リフレクタは、光源2’と関連づけられている。したがって、ハウジング3’の内面を、光を反射しうるようにすることは、本発明の要件ではない。
図14Cと図14Dに示す実施形態においては、照明システム10は、照明装置1のレンズを拡大したレンズL’を備えている。このレンズL’を用いると、日中照明機能用の光学パターンを、用途に応じて柔軟に作り出すことができる。
図14Eに示す実施形態においては、照明システム10は、光ビームFDRLを、リフレクタRと光源2の周りに通過させつつ反射させることができる内面30’を有するハウジング3’を備えている。照明システムをこのような構成にすると、日中照明機能用に、広い反射面を得ることができる。
照明システム10は、本発明に係る照明装置1が小型であるために製造が可能となることに留意するべきである。したがって、照明システム10は、公知のフォグランプと同じくらいの大きさでありながら、フォグランプ機能と日中照明機能の両方を発揮することができる。
本発明の一実施形態に係る照明システム10においては、日中走行用照明機能は、光源2から射出される光ビームFABと、光源2’から射出される光ビームFDRLとを組み合わせることによって得られる。この場合、光源2は、低出力とすることができる。
1 照明装置
2,2’ 光源
2a フィラメント
2b 軸
2c 電球
3,3’ ハウジング
4,4’ カバー
5 光源支持体
6 接続手段
6a シャフト
6b スリーブ
6c 制御装置
7 焦点
10 照明システム
A,B,D1,D2,C セクタ
GA,GB 母面
E 入射面
L レンズ
r3、r4、r5 反射光線
S 射出面
2,2’ 光源
2a フィラメント
2b 軸
2c 電球
3,3’ ハウジング
4,4’ カバー
5 光源支持体
6 接続手段
6a シャフト
6b スリーブ
6c 制御装置
7 焦点
10 照明システム
A,B,D1,D2,C セクタ
GA,GB 母面
E 入射面
L レンズ
r3、r4、r5 反射光線
S 射出面
Claims (24)
- 概ね水平な軸をもつ概ね円筒形のフィラメントを有する光源と、反射によってカットオフビームをつくり出す少なくとも1つのリフレクタとを備え、フォグランプタイプの光軸を有するカットオフビームを射出する自動車用照明装置であって、前記フィラメントと光軸は、互いに斜めまたは直交する方向に延びるようになっている照明装置において、前記光源(2)の前方に、カットオフビームを射出するレンズ(L)を設けたことを特徴とする照明装置。
- 前記レンズ(L)は、前記光源の輪郭をなす部分から発せられてレンズ(L)に入射した入射光線を、概ね光軸(Y−Y)と平行になるように屈折させ、かつ光源の残りの部分から発せられてレンズ(L)に入射した入射光線を、光軸(Y−Y)よりも下方へ向かうように屈折させるような形状を有することを特徴とする請求項1記載の照明装置。
- 前記光源は、低出力で、ロービーム型の照明装置によってつくり出される光束よりも小さい光束を与え、前記レンズは、この光源に近接しており、全体がプラスチック材料から形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の照明装置。
- 前記光源が与える光束は、900ルーメン以下、とりわけ600ルーメン以下であることを特徴とする請求項3記載の照明装置。
- 前記光源(2)は、照明装置のハウジング(3)に固定して取り付けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の照明装置。
- 前記光源は、前記光軸(Y−Y)と概ね直交するように配置され、前記リフレクタ(A)(B)(D1)(D2)(C)とレンズ(L)は、光ビームの遮蔽度を調整するために、光源の幾何学的な軸(2b)の回りで回動しうるよう、互いに固定されて取り付けられていることを特徴とする請求項5記載の照明装置。
- 前記光源は、軸方向に延びるフィラメント(2a)を有するランプを備え、前記光軸と直交または傾斜するように配置されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の照明装置。
- プラスチック材料、とりわけ熱可塑性材料から形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の照明装置。
- 前記レンズ(L)の入射面(E)は、平面的、かつ矩形で、垂直方向を向いていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の照明装置。
- 前記レンズ(L)は、頂部と底部が互いに非対称で、かつ平面視において湾曲していることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の照明装置。
- 前記レンズ(L)は、垂直方向と水平方向においてフレネル化されており、このレンズ(L)の射出面には、薄くても所望の光ビームを得ることができるブロック(8)(9)(10)(11)が形成されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の照明装置。
- 前記レンズ(L)の射出面は、前記フィラメント(2a)の中心を通る直線と、前記光軸(Y−Y)とがなす角度(α)によって規定される曲線群(12)、および高さ(z)によって規定される曲線群(13)に従って形成されるブロック(10)(11)のメッシュからなることを特徴とする請求項11記載の照明装置。
- 前記リフレクタは、少なくとも4つのセクタ(A)(B)(D1)(D2)からなり、このうちセクタ(A)(B)は、ともに、前記光源の軸を含む水平面の上方と下方に延び、他のセクタ(D1)(D2)は、前記セクタ(A)(B)の間にあって、それぞれ、前記水平面の上方と下方に位置していることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の照明装置。
- 前記セクタ(A)(B)は、これらのセクタ(A)(B)で反射された光線が、レンズ(L)および光源(2)という障害物を回避して進みうるような形状を有することを特徴とする請求項13記載の照明装置。
- 自動車の外側に向かって延びるセクタ(A)は、このセクタ(A)の焦点距離よりも長い焦点距離を有し、かつ射出面の輪郭をなす曲線の関数が不連続である第2のセクタ(C)と関連づけられていることを特徴とする請求項14記載の照明装置。
- 前記光源の軸を含む水平面の上方と下方にそれぞれ位置するセクタ(D1)(D2)は、単一のリフレクタの複数の分画をなしていることを特徴とする請求項14または15記載の照明装置。
- 前記セクタ(D1)(D2)の反射面が、これらのセクタの横に配置されたセクタ(A)(B)の正面に位置し、かつセクタ(D1)と(D2)が、前記光源の後方で連結され、眩惑光線を生じることのないように、セクタ(D1)(D2)の焦点距離は、セクタ(A)(B)のそれよりも短いことを特徴とする請求項16記載の照明装置。
- 前記セクタ(A)(B)(D1)(D2)(C)の焦点距離は、15mm以下であることを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の照明装置。
- 請求項1〜18のいずれかに記載の照明装置と、この照明装置とは異なる照明機能を果たす少なくとも1つの補助的な光源とを備える自動車用照明システム。
- 前記照明装置は、フォグランプ機能を果たし、前記補助的な光源は、日中走行用の照明機能を果たすことを特徴とする請求項19記載の照明システム。
- 前記補助的な光源は、前記照明装置の光軸と平行に、または直交して取り付けられていることを特徴とする請求項19または20記載の照明システム。
- 前記補助的な光源から直接または間接的に射出された光ビームを反射する部分を含む内面を有するハウジングを備えていることを特徴とする請求項19〜21のいずれかに記載の照明システム。
- 前記補助的な光源と関連づけられ、かつ前記照明装置のレンズの拡張部分を構成するレンズを備えていることを特徴とする請求項19〜22のいずれかに記載の照明システム。
- 請求項1〜18のいずれかに記載の照明装置を少なくとも1つ備えていることを特徴とする自動車。
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