JP2626864B2 - 車輌用前照灯の反射鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明車輌用前照灯の反射鏡は、
配光制御区分を少なくすることによって反射面の構成を
簡単化することができる新規な車輌用前照灯の反射鏡を
提供しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】近時における自動車設計の傾向は新たな
ヘッドランプの模索への機運を促しており、自動車のス
タイリングに関する空力学的特性やデザイン上の要請等
を受けて車体の流線形化が求められるようになると、車
体の前部を窄まった形状とする、所謂スラントノーズ化
に対応した前照灯の設計が必要とされる。

【０００３】ところが、従来の前照灯の構成ではすれ違
いビームに特有のカットラインをもつ配光パターンの形
成にあってアウターレンズのレンズステップの役割が配
光制御機能上重要となるため、アウターレンズの鉛直軸
に対する傾斜角を大きくするには限界が生じ、スラント
型灯具への対応に問題がある。

【０００４】そこで、これまでアウターレンズのレンズ
ステップが担ってきた配光制御機能を反射鏡に転嫁する
ために反射面を多数の配光制御区分に分けて各領域によ
る投影パターンの合成パターンが規定の配光パターンに
近似したパターンとなるように形状設計が行われ、これ
によってアウターレンズにかかる配光制御上の負担を軽
減するようにした各種の灯具が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
反射面を用いてすれ違いビームに特有のカットラインを
もった配光パターンを得ようとすると、反射面の配光制
御区分の数が多くなる傾向がみられ、その際、隣接する
反射領域をそれらの境界で円滑に接続しないと境界に段
差が生じるため段差での反射光が上向きの光となりグレ
アの原因になったり、配光上不要な光となってしまうと
いう問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで本発明車輌用前照
灯の反射鏡は、上記した課題を解決するために、反射鏡
の光軸を含む水平面に対して所定の角度をもって傾斜し
た傾斜面によって反射面をその光軸回りの２領域に区分
し、次のような基本面形状の領域からなる構成を採る。

【０００７】基本面の特徴は、先ず、反射鏡の光軸を含
む水平面に対して所定の角度をもって傾斜された平面内
に基準放物線を有し、該基準放物線の頂点と焦点とを通
る光軸上であって焦点の前方又は後方に基準点を有する
ことであり、さらに、基準点から発したと仮定した光が
基準放物線を水平面に投影した放物線上の任意の点で反
射されたときの反射光の光線ベクトルに平行な光軸を有
しかつ反射点を通り基準点を焦点とする仮想的な回転放
物面を、上記光線ベクトルを含み鉛直軸に平行な仮想平
面で切ったときの交線の集合体として基本面が形成され
ることである。即ち、仮想的な回転放物面は、基準放物
線の焦点からある距離をおいて偏位した基準点を焦点と
し、該焦点から光が発したと仮定したときに基準放物線
の水平面への正射影上の反射点で反射した光の光線ベク
トルに平行な光軸を有し、かつ、反射点を含むような回
転放物面である。

【０００８】また、仮想平面は、上記反射点を通り反射
光の光線ベクトルを含んで、しかも鉛直線に平行な平面
である。

【０００９】これら仮想的な回転放物面と平面との交線
の集まりが基本面を形成する。

【００１０】そして、光源体の中心軸が反射鏡の光軸に
沿って配置される状況において、第１の反射領域は、傾
斜面の上側を占め、その焦点が光源体の略中心に位置
し、基準点が光源体の後端近傍に位置する。

【００１１】また、第２の反射領域は、傾斜面の下側を
占め、その焦点が第１の反射領域の焦点に一致し、基準
点が光源体の前端近傍に位置する。

【００１２】

【作用】本発明によれば反射鏡の光軸を含む水平面に対
して所定の角度をもって傾斜された傾斜面によって２分
される反射領域によって反射面を構成することができ、
しかも基準面となる傾斜面において反射領域の境界を滑
らかに連続させることができるので、グレア等の原因と
なる不要光を伴うことがない。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明車輌用前照灯の反射鏡の詳細
を図示した実施例に従って説明する。

【００１４】図１は反射鏡１の正面図であり、その反射
面２は配光制御区分について略半円状の反射領域３
（１）、３（２）に２分されている。

【００１５】尚、反射面２に関する座標系の設定につい
ては、反射鏡１の光軸をｘ軸に選び（図１ではｘ軸は紙
面に垂直な方向に延びており、手前に向かう方向を正方
向とする。）、ｘ軸に直交しかつ水平方向に延びる軸を
ｙ軸（図１の右方を正方向とする。）に選んでおり、ｘ
軸に垂直でかつ鉛直方向に延びる軸をｚ軸（図１の上方
を正方向とする。）に選んでいる。そして、この直交座
標系の原点Ｏが正面から見て電球取付孔４の中心に位置
している。

【００１６】原点Ｏを通る線分５は、ｘ軸を含みｘ−ｙ
平面に対して角度θ（＞０、但し、正面から見てｘ軸に
関する反時計回り方向を正方向とする。）だけ傾斜した
平面６を示すもので反射領域３（１）と３（２）との境
界線を観念的に示しており、この平面６の上側に反射領
域３（１）が位置し、該平面６の下側に反射領域３
（２）が位置する。

【００１７】つまり、反射領域３（１）はｙ−ｚ平面の
第１象限乃至第３象限に亘る領域とされ、反射領域３
（２）はｙ−ｚ平面の第３象限、第４象限、第１象限に
亘る領域とされている。

【００１８】反射領域３（１）、３（２）の基本面の形
状はいずれも本願出願人が既に特願平３−２３８３０号
において開示したものであり、その概要を簡単に説明す
ると次のようになる。

【００１９】図３において、フィラメント７はその中心
軸がｘ軸に沿って配置されるとともに、点Ｆ（以下、
「第１焦点」という。）と点Ｄ（点Ｆからｘ軸の正方向
に距離ｄだけ偏位した点であり、以下「第２焦点」とい
う。）との間に位置されている。

【００２０】尚、フィラメント７の方位を便宜上明確に
するために、「フィラメント７について、その端部のう
ち点Ｆ側の端部を円錐状に尖った形状とし、点Ｄ側の端
部を平坦面とする鉛筆形状を仮定する。」という約束を
設ける。

【００２１】先ず、ｘ−ｙ平面上で、点Ｆを焦点とする
放物線８を考える。

【００２２】フィラメント７の後端近傍の点Ｆから出た
光９は、放物線８上の点Ｐ３で反射した後、ｘ軸に平行
な方向に出射される。

【００２３】また、フィラメント７の前端近傍の点Ｄか
ら出た光は点Ｐ３で反射した後、遠方に配置されたスク
リーンＳＣＮ上の点ＲＣに向けて出射され、光軸と交差
する光１０（つまり、ベクトルＰ３＿ＲＣを方向ベクト
ルとする光）となる。

【００２４】今、別の放物線１１を考える。この放物線
１１はベクトルＰ３＿ＲＣに平行な光軸を有し、点Ｄを
焦点とするものであり、図では点Ｐ３において放物線８
に対して傾斜している。

【００２５】この放物線１１をその光軸回りに回転する
ことによって回転放物面を得ることができ、ベクトルＰ
３＿ＲＣを含みｘ−ｙ平面に直交する平面でこの回転放
物面を切断することによって放物線１２が得られる。

【００２６】点Ｐ３を放物線８上に沿って動かすことに
よって放物線１２の集合体としての曲面が生成される。

【００２７】スクリーンＳＣＮ上にフィラメント像が映
し出される途中段階において面１３上に写し出される像
に関しては、点Ｐ３による像１４が水平線Ｈ−Ｈに対し
て平行になり、放物線１２上で点Ｐ３より下方の点Ｐ５
による像１５が水平線Ｈ−Ｈに対してある角度をなし、
点Ｄから発した後点Ｐ３で反射した光１０と、点Ｄから
発した後点Ｐ５で反射した光１６とが平行になる。

【００２８】従って、フィラメント像１４、１５の平坦
な端部に関する光が平行となるように交線の形状が規定
されているため、これらの平行光が遠方で一致する点Ｒ
Ｃを回転中心としてフィラメント像１７、１８が位置さ
れることになる。

【００２９】図４は点Ｐ３、点Ｐ５、そして放物線１２
上において点Ｐ３と点Ｐ５との間に位置する点Ｐ４によ
る各フィラメント像の配置を概略的に示すものである。

【００３０】図において、Ｊ（Ｘ）は（ ）内に示す各
代表点Ｘに対応するフィラメント像を示しており、点Ｐ
３、Ｐ４、Ｐ５によるフィラメント像Ｊ（Ｐ３）、Ｊ
（Ｐ４）、Ｊ（Ｐ５）は水平線Ｈ−Ｈ上の点ＲＣを回転
中心とした配置となる。

【００３１】即ち、フィラメント像は反射点がＰ３→Ｐ
４→Ｐ５へと下るに従って矢印Ｍに示すように点ＲＣを
中心にして反時計回り方向に回転し、フィラメント像の
平坦な端部が常に点ＲＣの方を向くようにして水平線Ｈ
−Ｈの下側に位置する。

【００３２】図５は基本面の形成について示すものであ
り、図中の点Ｐはｘ−ｙ平面内の放物線８上に位置する
任意の点（パラメータｑを導入することにより点Ｐの座
標をＰ（ｑ^２／ｆ，−２ｑ，０）と表すことができ
る。）を示しており、点Ｆから発した光が点Ｐにおいて
反射したとするとその反射光１９はｘ軸に平行に直進す
る（進行方向をベクトルＰＳで示す。）。

【００３３】また、点Ｄから発した後点Ｐにおいて反射
した光２０は反射の法則に従って光１９より小さな反射
角をもって反射し、光１９に対してある角度（これを
「α」と記す）をもって直進する（進行方向をベクトル
ＰＭで示す。）。

【００３４】ところで、今、点Ｄを焦点とし、点Ｐを通
り光線ベクトルＰＭに平行な光軸を有する仮想的な回転
放物面２１（２点鎖線で示す）を考え、光線ベクトルＰ
Ｍを含み、かつ、ｚ軸に平行な平面（これを「π１」と
記す。）で回転放物面２１を切ったときの断面形状（つ
まり、回転放物面２１と平面π１との交線２２）につい
て考える。

【００３５】この断面形状（破線で示す。）が放物線状
をしていることは勿論であるが、点Ｄから発した後、こ
の交線２２上の任意の点で反射した光が互いに平行であ
るという関係が成立するという事情に関して図３で示し
た状況に合致している。

【００３６】このように放物線８上の任意の点Ｐ毎に対
応した仮想回転放物面と、該仮想回転放物面の光軸に平
行で、しかも点Ｐを通るｚ軸に平行な平面との交線の集
合が基本面となる。

【００３７】この曲面を［表１］に示すパラメータを用
いた媒介変数表示による表現すると［数１］式のように
なる。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【数１】

【００４０】尚、［数１］式の導出過程については、説
明の煩雑化を避けるためにあえて割愛するが、上記の説
明と代数幾何の初等的な知識のみで求めることができ
る。

【００４１】また、［数１］式は回転放物面をｄ＝０と
いう特殊な場合として含んでいることが分かる。

【００４２】さらに、上述した放物線８を、ｘーｙ平面
から角度θをもって光軸回りに回転させた面上の放物線
として［数１］式を一般化したものが［数２］式であ
る。

【００４３】

【数２】

【００４４】尚、この［数２］式が［数１］式を含む形
になっていることはθ＝０とおいてみれば明かである。

【００４５】図２は反射面２に対するフィラメント７と
焦点との位置関係を示すものであり、フィラメント７は
その中心軸がｘ軸に沿って配置されている。

【００４６】点Ｆは反射領域３（１）と３（２）とに共
通した第１焦点であり、ｘ軸上において原点Ｏから距離
ｆだけ離れたフィラメント７の中心に位置している。

【００４７】また、点Ｇ１はフィラメント７の後端近傍
に位置した反射領域３（１）の第２焦点であり、ｘの正
軸上において原点Ｏから距離ｇ１だけ離れたところに位
置している。尚、ｄｕ＝ｇ１−ｆで定義すると「ｄｕ＜
０」である。

【００４８】点Ｇ２はフィラメント７の前端近傍に位置
した反射領域３（２）の第２焦点であり、ｘの正軸上に
おいて原点Ｏから距離ｇ２だけ離れたところに位置して
いる。尚、ｄｄ＝ｇ２−ｆで定義すると「ｄｄ＞０」で
ある。

【００４９】以上のように反射領域３（１）は、第１焦
点が点Ｆで、第２焦点が点Ｇ１とされた［数２］式の反
射面であり、具体的には［数２］式にｄ＝ｄｕ、θ＝θ
_０（但し、θ_０はカットライン角に相当する。）を代入
した式で表現される。

【００５０】また、反射領域３（２）は、第１焦点が点
Ｆで、第２焦点が点Ｇ２とされた［数２］式の反射面で
あり、具体的には［数２］式にｄ＝ｄｄ、θ＝θ_０を代
入した式で表現される。

【００５１】上記のパラメーターに関する設定状況を表
形式にまとめると下表のようになる。

【００５２】

【表２】

【００５３】図６乃至図８は各反射領域３（１）、３
（２）によって得られるそれぞれの投影パターン２３
（１）、２３（２）と、これらの合成パターンを概略的
に示すものである。尚、図中「Ｈ−Ｈ」線は水平線を示
し、「Ｖ−Ｖ」線は鉛直線を示しており、点ｏは両線の
交点を示している。

【００５４】図６は反射領域３（１）の投影パターン２
３（１）を示すものである。

【００５５】図中の２４Ｎ、２４Ｍ、２４Ｆは反射面２
を正面から見たときにｘ軸からの距離がそれぞれ異なる
円周上に位置する反射点によって投影されるフィラメン
ト像の合成パターンを概略的に示しており、３者のうち
２４Ｎがｘ軸から最も近い円周に対応したパターン、２
４Ｆがｘ軸から最も離れた円周に対応したパターンであ
り、２４Ｍが２４Ｎと２４Ｆに係る円周の中程に位置す
る円周に対応したパターンである。

【００５６】図示するように、各パターンは水平線Ｈ−
Ｈからやや迫り出した上端部を除いて大部分が水平線の
下側に位置しており、鉛直方向の幅がパターン２４Ｎ、
２４Ｍ、２４Ｆの順に小さくなっていく。

【００５７】図７は反射領域３（２）の投影パターン２
３（２）を示すものである。

【００５８】図中の２５Ｎ、２５Ｍ、２５Ｆは反射面２
を正面から見たときのｘ軸からの距離がそれぞれ異なる
円周上の点によって投影されるフィラメント像の合成パ
ターンを概略的に示しており、３者のうち２５Ｎがｘ軸
から最も近い円周に対応したパターン、２５Ｆがｘ軸か
ら最も離れた円周に対応したパターンであり、２５Ｍが
２５Ｎと２５Ｆに係る円周の中程に位置する円周に対応
したパターンである。図６のパターンと同様に各パター
ンは水平線Ｈ−Ｈからやや迫り出した上端部を除いて大
部分が水平線の下側に位置しており、鉛直方向の幅がパ
ターン２５Ｎ、２５Ｍ、２５Ｆの順に小さくなっていく
が、水平方向の幅が図６に示すパターンに比して全体的
に稍狭くなっている。

【００５９】図８は図６及び図７の投影パターンを合成
したパターン２６を概略的に示すものであり、水平線Ｈ
−Ｈの下側の部分が椀形をなし、水平線Ｈ−Ｈから上方
に迫り出した部分はその上縁が右下がりに傾斜してい
る。

【００６０】この投影パターン２６は配光パターンの原
形をなすものであり、このパターンに対して何らかの方
法によって水平方向の拡散を施したりカットラインを形
成する必要がある。

【００６１】その際、従来の灯具では反射鏡１の前方に
設けられるアウターレンズに拡散作用を有するレンズス
テップを形成する方法が採られるが、アウターレンズの
傾きが顕著になるにつれて、水平拡散作用の大きなレン
ズステップを形成することが困難になるため、拡散作用
を反射鏡に転嫁する必要性が生じてくる。

【００６２】そこで、波状のパターンを表す一組の方程
式を用意し、これらと上記した反射面２に係る曲面方程
式とを組み合わせることによって、反射面２を滑らかに
波打たせて反射鏡の作用だけで光を拡散させる方法を採
用する。

【００６３】そのために下記に示す関数を定義する。

【００６４】

【数３】

【００６５】パラメータｓ、Ｗを用いた正規分布型（あ
るいはガウス型）関数Ａｔｅｎ（ｓ，Ｗ）において、パ
ラメータＷは減衰の度合を規定するものであり、この関
数の表わす形状を図９に示す。

【００６６】そして、下式［数４］に示すような、パラ
メータλを用いた周期関数ＷＡＶＥ（ｓ，λ）を考え
る。

【００６７】

【数４】

【００６８】パラメータλは余弦波の波長、つまり、波
の間隔を表わしており、関数ＷＡＶＥの表わす形状を図
１０に示す。尚、この例では、周期関数としてｃｏｓ
（余弦）関数を用いているが、必要に応じて各種の周期
関数を用いても良い。

【００６９】これらの関数を掛け合わせると、図１１に
示すような減衰的な周期関数Ｄａｍｐが得られるので、
この関数を基本として反射面２を波打たせることができ
る。図１２は反射面２への波形付与の一例を示す正面図
であり、図では反射面２に形成される凹凸のうち凸部を
略線的に表している。

【００７０】図示するように波形付与に関する領域区分
は反射面２の領域区分とは一致しておらず、反射領域３
（１）のうちｘ−ｙ平面に近接した扇形の領域２７
（１）に対しては原点Ｏを中心とする円形波が付与さ
れ、この領域を除いた領域に対しては水平方向に拡がる
平面波が付与される。

【００７１】図１３は以上のような波形付与によって得
られる反射面２の投影パターン２８を概略的に示すもの
であり、規定の配光パターンに近似したパターンを反射
面の作用だけで形成することができる。

【００７２】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、本発明によれば反射鏡の光軸を含む水平面に対して
所定の角度をもって傾斜された傾斜面によって反射面を
２分するとともに、傾斜面の上側に位置する第１の領域
の基準点（第２焦点）を焦点（第１焦点）の後方に位置
させ、また傾斜面の下側に位置する第２の領域の基準点
（第２焦点）を焦点（第１焦点）の前方に位置させるこ
とによって、配光制御区分数を少なくすることができ、
しかも基準面となる傾斜面において反射領域の境界を滑
らかに連続させることができるので、境界での反射光に
よってグレアが顕著となったり配光パターンの形成上不
要な光を伴うことがない。

【００７３】そして、反射面の式に対して正規分布型関
数と周期関数の積からなる関数を加え合わせることによ
って波状の反射面を形成するとともに、反射面を正面か
ら見たときに反射面のうち光軸を含む水平面に近接した
領域に対して円形波を付与し、これ以外の領域に対して
水平方向に拡がる平面波を付与することによって、配光
制御に関するアウターレンズの依存度を減らし、スラン
ト化に適した反射鏡を設計することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る反射面の構成を示す正面図であ
る。

【図２】光軸に沿うフィラメントと焦点との位置関係を
示す図である。

【図３】本発明の基本面に関する光路図である。

【図４】本発明の基本面についてフィラメント像の配置
を示す図である。

【図５】本発明の基本面について説明するための概略的
な斜視図である。

【図６】反射領域３（１）による投影パターンを概略的
に示す図である。

【図７】反射領域３（２）による投影パターンを概略的
に示す図である。

【図８】反射領域３（１）、（３）の合成パターンを概
略的に示す図である。

【図９】正規分布型関数Ａｔｅｎ（ｓ，Ｗ）を概略的に
示すグラフ図である。

【図１０】周期関数ＷＡＶＥ（ｓ，λ）を概略的に示す
グラフ図である。

【図１１】減衰周期関数Ｄａｍｐ（ｓ，λ）を概略的に
示すグラフ図である。

【図１２】反射面の波状化の一例を示す概略的な正面図
である。

【図１３】反射面による投影パターンを概略的に示す図
である。

【符号の説明】

１ 反射鏡 ２ 反射面 ３（１） 第１の反射領域 ３（２） 第２の反射領域 ７ 光源体 ８ 基準放物線 Ｆ 焦点 Ｄ、Ｇ１、Ｇ２ 基準点 π１ 平面 ２１ 仮想的な回転放物面 ２２ 交線

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 すれ違いビームを形成し得る車輌用前照
   灯の反射鏡の基本面が、 （イ）反射鏡の光軸を含む水平面に対して所定の角度を
   もって傾斜された平面内に基準放物線を有し、該基準放
   物線の頂点と焦点とを通る光軸上であって頂点に関して
   焦点より前方又は後方に基準点を有し、 （ロ）基準点から発したと仮定した光が基準放物線を水
   平面に投影した放物線上の任意の点で反射されたときの
   反射光の光線ベクトルに平行な光軸を有し、該反射点を
   通り基準点を焦点とする仮想的な回転放物面を、上記光
   線ベクトルを含み鉛直軸に平行な平面で切ったときの交
   線の集合体として基本面が形成される、ようにした車輌
   用前照灯の反射鏡であって、 （ハ）光源体はその中心軸が反射鏡の光軸に沿って配置
   されること、 （ニ）反射鏡の光軸を含む水平面に対して所定の角度を
   もって傾斜した傾斜面によって反射面が光軸回りに２つ
   の反射領域に区分けされること、 （ホ）第１の反射領域は、傾斜面の上側を占め、その焦
   点が光源体の略中心に位置し、基準点が光源体の後端近
   傍に位置すること、 （ヘ）第２の反射領域は、傾斜面の下側を占め、その焦
   点が第１の反射領域の焦点に一致し、基準点が光源体の
   前端近傍に位置すること、を特徴とする車輌用前照灯の
   反射鏡。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した車輌用前照灯の反射
   鏡において、その反射面の表現式に対して正規分布型関
   数と周期関数の積からなる関数を加え合わせることによ
   って波状の反射面を形成するとともに、反射面を正面か
   ら見たときに反射面のうち反射鏡の光軸を含む水平面に
   近接した領域に対して円形波を付与し、この領域を除く
   領域に対して水平方向に拡がる平面波を付与したことを
   特徴とする車輌用前照灯の反射鏡。