JP2696745B2 - プロジェクタ型前照灯 - Google Patents

プロジェクタ型前照灯

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は車両用の前照灯に関する
ものであり、詳細にはプロジェクタ型と称されて、光を
収束する反射鏡と遮光板（シェード）とで灯具内で配光
特性の形状を形成し、この形状を非球面レンズなどとし
た投影レンズで照射方向に向けて投影する前照灯の構成
に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種のプロジェクタ型前照灯９
０の構成の例を示すものが図１０であり、このプロジェ
クタ型前照灯９０は、例えばハロゲン電球とした光源９
１と、該光源９１を略第一焦点の位置とする楕円リフレ
クタ９２と、前記楕円リフレクタ９２の第二焦点の近傍
に設けられる遮光板９３と、同様に前記楕円リフレクタ
９２の第二焦点の近傍に焦点を有する例えば非球面とし
た投影レンズ９４とで構成されるものとなっている。
【０００３】このときに、前記楕円リフレクタ９２は水
平方向に照射幅が広いことが要求される前照灯の規格に
合致させるために、大略、図１１に示す中央部９２ａ、
周辺左右部９２ｂ、周辺上下部９２ｃに区分され、図１
２に示すように前記中央部９２ａは第二焦点ｆ９２ａを
投影レンズ９４の焦点ｆ９４の近傍で且つ光軸Ｚ上に設
けられて、このプロジェクタ型前照灯９０の正面をスポ
ット状に照射するものとしている。
【０００４】同時に、周辺左右部９２ｂはそれぞれの第
二焦点ｆ９２ｂを投影レンズ９４の焦点ｆ９４から比較
的に大きく水平方向の左右にオフセットした位置に設け
て照射幅を左右に拡げるものとし、周辺上下部９２ｃは
第二焦点ｆ９２ｃを両者の中間の位置として補間するも
のとされている。尚、前記楕円リフレクタ９２から投影
レンズ９４へ入射する光の内の配光特性として不要とな
る部分は遮光板９３により遮蔽されて除去される。
【０００５】ここで、前記楕円リフレクタ９２の各部分
に反射する光の性質と配光特性との関係を考察してみる
と、この種のプロジェクタ型前照灯９０の光源９１には
Ｃ―８フィラメントと称されて前後方向に長いフィラメ
ントが採用されるのが通常であるので、楕円リフレクタ
９２の上下面、即ち、中央部９２ａおよび周辺上下部９
２ｃからの反射光はフィラメント像が垂直方向に投影さ
れて上下幅が広く左右幅が狭い傾向となり、左右面、即
ち、周辺左右部９２ｂからの反射光はフィラメント像が
水平方向に投影されて上下幅が狭く左右幅が広い傾向と
なる。
【０００６】従って、本来反射光の上下幅が広い中央部
９２ａおよび周辺上下部９２ｃからの光が配光特性の左
右の中心近傍に配置され、上下幅が狭い周辺左右部９２
ｂからの光が一層に左右に拡散されて左右方向に配置さ
れる従来のプロジェクタ型前照灯９０においては、遮光
板９３により上向光が除去された後の配光特性ＨＯの形
状は図１３に示すように略Ｔ字状のものとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来のプロジェクタ型前照灯９０の配光特性ＨＯにお
いては、上記のように略Ｔ字状の形状となることで、第
一には、自動車の前方直前の路面が極めて明るく照明さ
れるものとなり、これにより運転者の視感度が低下して
相対的な照明効果が低下するので、この前方直前の照度
を低下させるべく前記遮光板９３とは別に補助遮光板な
どを設けなければ成らないものとなり、構成が煩雑化す
ると共に、この補助遮光板などにより全光量も低下する
問題点を生じている。
【０００８】また、第二には、本来上下幅の狭い光を更
に左右に拡散し、この光で路肩部分を照明させるものと
しているので、路肩部分は一層に上下幅の狭い光で照明
が行われるものとなり、例えば道路標識の確認などに困
難を生じるものとなるなど、性能上にも問題点を生じ、
これらの点の解決が従来のプロジェクタ型前照灯９０に
おける課題とされるものとなっていた。
【０００９】ここで、上記の説明から、上下幅が狭い周
辺左右部９２ｂからの光を配光特性の中心に配置し、上
下幅が広い中央部９２ａおよび周辺上下部９２ｃからの
光を左右方向に拡散させれば上記の問題は解決するかに
見えるが、前記投影レンズ９４においては、楕円リフレ
クタ９２からの光を正面方向に照射させることのできる
正射範囲Ｃには後にも説明するように限界（図２（Ａ）
を参照）があり、前記周辺左右部９２ｂはこの正射範囲
Ｃ外の位置となるので、上記の手段は実施不可能であ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した従来の
課題を解決するための具体的な手段として、光源と、こ
の光源に第一焦点を略一致させる楕円リフレクタと、前
記楕円リフレクタの第二焦点の近傍に焦点を有する投影
レンズと、この投影レンズの焦点の近傍に配置される遮
光板とから成るプロジェクタ型前照灯において、前記投
影レンズには水平偏位角度に対応するこの投影レンズの
焦点位置の移動を表す焦点曲線が求められると共に、こ
の投影レンズで正面方向に照射を行うことを可能とする
正射範囲が求められ、前記楕円リフレクタは略中心線に
一致する水平面で上部反射面と下部反射面とに分割が行
われ、それぞれは中心線に一致する垂直断面にも左右分
割されると共に前記中心線に沿う垂直断面には楕円が表
れるものとされ、前記上部反射面は前記正射範囲内とし
て形成されると共に更に中央部と左右の端部とに区画さ
れ、前記中央部はこの中央部がリフレクタ正面から見て
右半部であれば中心から右に移動するに従い第二焦点の
位置を前記焦点曲線上で右３０°±２０°から０°±１
０°迄に連続的に徐変する領域で形成し、前記端部は第
二焦点の位置を前記焦点曲線上の略中心に位置させるも
のとし、前記下部反射面はこの下部反射面が右半部であ
れば中心から右に移動するに従い第二焦点の位置を前記
焦点曲線上で左３０°±２０°から右３０°±２０°迄
に連続的に徐変する領域で形成していることを特徴とす
るプロジェクタ型前照灯を提供することで従来の課題を
解決するものである。
【００１１】
【実施例】つぎに、本発明を図に示す一実施例に基づい
て詳細に説明する。図１に符号１で示すものは本発明に
係るプロジェクタ型前照灯であり、このプロジェクタ型
前照灯１は例えばハロゲン電球、赤外反射膜付ハロゲン
電球あるいはメタルハライド放電灯などによる光源２
と、該光源２に第一焦点を有する楕円リフレクタ３と、
楕円リフレクタ３の第二焦点の近傍に焦点を有する投影
レンズ４と、この投影レンズ４の焦点の近傍に配置され
る遮光板５とから構成されるものである点は従来例のも
のと同様である。尚、図は理解を容易とするために前記
楕円リフレクタ３を単純化して示すものであり、その正
確な形状については図３および図４を参照されたい。
【００１２】ここで、本発明においては、前記投影レン
ズ４に対して図２に示すような手順により、予めに焦点
曲線ＦＬと正射範囲Ｃとを求めて置くものであり、その
手順は、先ず、図２（Ａ）に示すように投影レンズ４に
は水平の正面方向、即ち、水平偏角０°の平行光線が入
射するものと想定して、その光線追跡を行うものであ
る。
【００１３】この水平偏角０°のときには、投影レンズ
４に入射する光は当然に投影レンズ４の焦点Ｆ４０で収
束し、その後には再度に放散して放散角αをもって楕円
リフレクタ３の方向に向かうものとなる。このときに、
前記放散角α以内の光は全てが水平偏角０°で投影レン
ズ４を透過するものであるので、逆に楕円リフレクタ３
の側から見れば、前記放散角α以内に楕円リフレクタ３
を形成すれば、この楕円リフレクタ３からの光の全ては
前記投影レンズ４から水平偏角０°として放射させるこ
とが可能なものとなり、本発明では上記の範囲をもって
正射範囲Ｃと称している。
【００１４】続いて、上記の水平偏角は、図２（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、例えば１０°、
２０°、３０°、４０°と変更され光線追跡が行われ、
それぞれの水平偏角に対する焦点Ｆ４１、Ｆ４２、Ｆ４
３、Ｆ４４の位置が求められる。尚、実際の実施にあた
っては、図２に示すように作図を行う必要はなく、コン
ピュータなどによる演算で行えば良いものであり、ま
た、前記した水平偏角も１０°刻みと限定するものでも
なく、例えば１°刻みなど細かく行い、得られる焦点曲
線ＦＬの精度を高めることが望ましい。
【００１５】上記のようにして得られたそれぞれの焦点
Ｆ４０、Ｆ４１、Ｆ４２、Ｆ４３、Ｆ４４の位置を結ぶ
ことで、図２（Ｆ）に示すように焦点曲線ＦＬが得られ
るものとなり、同時に上記に説明したように正射範囲Ｃ
も得られるものとなり、本発明では、これら焦点曲線Ｆ
Ｌと正射範囲Ｃとを基準として前記楕円リフレクタ３の
形状が設定されるものとされている。
【００１６】図３および図４に示すものは、楕円リフレ
クタ３を示すものであり、この楕円リフレクタ３は光軸
Ｚ（中心線）に略一致する水平面で上部反射面３１と下
部反射面３２とに分割されて形成されるものであり、こ
のときに、前記上部反射面３１と下部反射面３２とは共
に前記光軸Ｚに平行する垂直断面には楕円が表れるもの
とされ、その第一焦点は前記光源２の位置に略一致する
ものとされ、前記光軸Ｚに一致する垂直面に対してこの
場合は左右対称の形状となっている。
【００１７】ここで、前記上部反射面３１は図４に示す
ようにその有効反射面の全体が上記した正射範囲Ｃ内に
存在するように形成され、更に、略垂直方向に適宜位置
で中央部３１ａと左右の端部３１ｂとに区分（図３参
照）されている。尚、前記上部反射面３１も下部反射面
３２も上記のように光軸Ｚに一致する垂直面に対してこ
の場合は左右対称であるので、以下の説明は正面から見
た状態での右半部に就いてのみ説明を行う。
【００１８】図５は前記上部反射面３１に形成される反
射面の第二焦点の位置変化の状態を示すグラフであり、
先ず、前記上部反射面３１の中心、即ち中央部３１ａの
光軸Ｚと一致する垂直面上の位置では、この実施例では
前記焦点曲線ＦＬ上の右２５°の位置に第二焦点を置く
ものとされ、右方向に移動するに従い暫時にその数値を
減じ、（右）端部３１ｂとの境界に達したときには焦点
曲線ＦＬ上の０°の位置、即ち、投影レンズ４の焦点の
位置に第二焦点を置くものとされ、前記（右）端部３１
ｂは、全面が焦点曲線ＦＬ上の０°の位置に第二焦点を
置くものとされている。
【００１９】図６は前記下部反射面３２に形成される反
射面の第二焦点の位置変化を示すグラフであり、前記下
部反射面３２の中心の位置では、前記焦点曲線ＦＬ上の
左２５°の位置に第二焦点を置き、そして、右端部の位
置では前記焦点曲線ＦＬ上の右４０°の位置に第二焦点
を置くものとされ、その中間は、上記の左２５°から右
４０°迄を連続的に変化するものとされている。
【００２０】尚、本発明は上記に説明した数値に上部反
射面３１の第二焦点の位置、および、下部反射面３２の
第二焦点の位置を限定するものでなく、この発明を成す
ための発明者の検討の結果では、要求される配光特性と
の兼ね合いで上部反射面３１においては右３０°±２０
°〜０°±１０°の範囲で調整が可能であり、また、下
部反射面３２においては左３０°±２０°〜 右３０°
±２０°の範囲で調整が可能であることが確認されてい
る。
【００２１】また、本発明においては、前記楕円リフレ
クタ３の構成に加えて、前記遮光板５の曲げ形状を前記
焦点曲線ＦＬと略一致するものとするものであり、具体
的には前記焦点曲線ＦＬから２mm以内の範囲内にあるも
のとして、前記投影レンズ４が遮光板５に対してエッジ
の全長で略焦点位置に有るようにして、遮光板で遮光が
行われる明暗境界の形状が明快に投影されるものとし
て、所謂、キレの良い配光特性が得られるものとしてい
る。
【００２２】次いで、上記の構成とした本発明のプロジ
ェクタ型前照灯１の作用および効果について説明を行
う。先ず、前記上部反射面３１の中央部３１ａの右半部
は焦点曲線ＦＬ上の右２５°から０°の位置にかけて第
二焦点の位置を変化させるものであるので、この中央部
３１ａからの反射光は投影レンズ４を透過した後には左
２５°から０°にかけて光を照射するものとなり、左半
部と併せた上部反射面３１の全体では左右２５°迄に光
を照射するものとなる。
【００２３】このときに、前記中央部３１ａは、従来例
でも説明したように上下幅が広い照射光を生じる場所で
あるので、上記の構成により中央部３１ａで得られる照
射光は、図７に符号Ｓ３１Ａで示すように左２５°から
右２５°にかけて水平方向に拡がる幅広の帯状となる。
【００２４】これに対して、左右の端部３１ｂは第二焦
点の位置を投影レンズ４の焦点Ｆ４０の位置に一致させ
ているので、この左右の端部３１ｂからの光は拡散せず
にスポット状に正面方向（水平偏角０°方向）に向かう
ものとなり、このときに、左右の端部３１ｂが設けられ
た位置は上下幅が狭い照射光を生じる場所であるので、
図７に符号Ｓ３１Ｂで示すように左右方向に比較して上
下幅が狭いスポット状のものとなる。
【００２５】一方、下部反射面３２の右半部からの反射
光は、この右半部には左２５°から右４０°に渡る水平
偏角が設けられているので、投影レンズ４を介した後に
は右２５°から左４０°に渡る照射光が得られるものと
なり、下部反射面３２の全体では図７に符号Ｓ３２で示
すような右４０°〜左４０°の水平の帯状の照射光が得
られ、このときに、光軸Ｚを通る垂直面と一致する部分
には水平偏角が設けられているので、照射光Ｓ３２は比
較的に上下幅の広いものとなる。
【００２６】上記それぞれの照射光Ｓ３１Ａ、照射光Ｓ
３１Ｂ、照射光Ｓ３２に対して、配光特性上で不要とな
る部分を遮光板５で遮蔽し得られるプロジェクタ型前照
灯１の配光特性ＨＮを示すものが図８であり、上記のよ
うに正射範囲Ｃ内で上部反射面３１を形成し、この上部
反射面３２の上下幅が狭い照射光が得られる端部３１ｂ
で正面方向を照射し、上下幅の広い照射光が得られる中
央部３１ａおよび下部反射面３２を水平方向に拡散する
ものとしたことで、前記配光特性ＨＮは全体形状が上下
幅がほぼ均一な帯状となり、正面方向の路面手前が必要
以上に明るく照射されることがなくなると同時に、左右
の端部でも充分な上下幅を有するものとしている。
【００２７】図９に示すものは、前記焦点曲線ＦＬの形
成手段であり、上記の説明では焦点曲線ＦＬは所定の水
平偏角で投影レンズ４に入射する光線を追跡し、これに
よりそれぞれの水平偏角毎の焦点位置を求め、それを連
続させて焦点曲線ＦＬを求めるものとしているが、水平
偏角によっては収差などにより正確な焦点の位置が特定
できない場合もある。
【００２８】よって、本発明では前記焦点曲線ＦＬを
式、ｘ2 ／ａ2 ＋ｙ2 ／ｂ2 ＝１による楕円の長軸側が
正値となる半分であり、ａ＝Ｆ−（ｂ−ｄ・ｔａｎ（ｓ
ｉｎ-1（ｓｉｎθ／ｎ）））／ｔａｎθ。［但し、θ：
４０、Ｆ：投影レンズの焦点距離、ｂ：投影レンズの形
状により定まる値（１８≦ｂ≦２８ｄ）、ｄ：投影レン
ズの厚さ、ｎ：投影レンズの屈折率］なる値のものと設
定することで、収差などに影響されずに容易に得られる
ものとし、且つ、この種の目的に使用される投影レンズ
４の特性に近似するものとして実用上に支障をきたさな
いものとするのである。
【００２９】
【発明の効果】以上に説明したように本発明により、楕
円リフレクタを上下に二分割し、その一方である上部反
射面を投影レンズで正面方向に照射可能な正射範囲内に
設定し、この上部反射面の左右の端部からの反射光のみ
を配光特性の中心に集光させ、他の部分からの反射光は
全て左右方向に拡散させるものとしたことで、上下幅の
狭い反射光で中心照度を生成し、上下幅の広い反射光で
周辺光量を生成するものとして、配光特性をほぼ均一な
上下幅を有する水平な帯状のものとし、正面手前の路面
が必要以上に明るく照射されるのを防止すると共に、周
辺光量も充分なものとして、視認性の向上など、この種
のプロジェクタ型前照灯の性能向上に極めて優れた効果
を奏するものである。
【００３０】また、上記のように正面手前の路面が必要
以上に明るく照射されるのを防止可能としたことで、こ
の部分の照度を調整するために従来例では必要とされて
いた補助遮光板なども不要とし、構成の簡素化これによ
るコストダウンにも優れた効果を奏する。また、それぞ
れの水平偏角による投影レンズの焦点位置を求めて焦点
曲線を生成し、この焦点曲線に基づいて反射面の第二焦
点を設定したことで、任意の位置の反射面の光を任意の
方向に向かわせることを可能とし、この種のプロジェク
タ型前照灯の配光特性の設計に自由度を増すものとな
る。また、遮光板に対しても焦点位置が明確となり、明
暗境界線の設定を明快なものとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るプロジェクタ型前照灯の一実施
例を示す斜視図である。
【図２】 同じ実施例の焦点曲線と正射範囲とを求める
手順を示す説明図である。
【図３】 同じ実施例の楕円リフレクタを示す正面図で
ある。
【図４】 図３のＡ―Ａ線に沿う断面図である。
【図５】 同じ実施例の上部反射面の第二焦点の位置の
変化を示すグラフである。
【図６】 同じく下部反射面の第二焦点の位置の変化を
示すグラフである。
【図７】 それぞれの反射面による反射光の形状を示す
説明図である。
【図８】 同じ実施例の配光特性を示すグラフである。
【図９】 同じく本発明の別の焦点曲線を求める手順を
示す説明図である。
【図１０】 従来例を示す斜視図である。
【図１１】 従来例の楕円リフレクタを示す正面図であ
る。
【図１２】 従来例の反射面による反射光の形状を示す
説明図である。
【図１３】 従来例の配光特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１……プロジェクタ型前照灯 ２……光源 ３……楕円リフレクタ ３１……上部反射面 ３１ａ……中央部 ３１ｂ……端部 ３２……下部反射面 ４……投影レンズ ５……遮光板 Ｃ……正射範囲 Ｚ……光軸 ＦＬ……焦点曲線

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源と、この光源に第一焦点を略一致さ
    せる楕円リフレクタと、前記楕円リフレクタの第二焦点
    の近傍に焦点を有する投影レンズと、この投影レンズの
    焦点の近傍に配置される遮光板とから成るプロジェクタ
    型前照灯において、前記投影レンズには水平偏位角度に
    対応するこの投影レンズの焦点位置の移動を表す焦点曲
    線が求められると共に、この投影レンズで正面方向に照
    射を行うことを可能とする正射範囲が求められ、前記楕
    円リフレクタは略中心線に一致する水平面で上部反射面
    と下部反射面とに分割が行われ、それぞれは中心線に一
    致する垂直断面にも左右分割されると共に前記中心線に
    沿う垂直断面には楕円が表れるものとされ、前記上部反
    射面は前記正射範囲内として形成されると共に更に中央
    部と左右の端部とに区画され、前記中央部はこの中央部
    がリフレクタ正面から見て右半部であれば中心から右に
    移動するに従い第二焦点の位置を前記焦点曲線上で右３
    ０°±２０°から０°±１０°迄に連続的に徐変する領
    域で形成し、前記端部は第二焦点の位置を前記焦点曲線
    上の略中心に位置させるものとし、前記下部反射面はこ
    の下部反射面が右半部であれば中心から右に移動するに
    従い第二焦点の位置を前記焦点曲線上で左３０°±２０
    °から右３０°±２０°迄に連続的に徐変する領域で形
    成していることを特徴とするプロジェクタ型前照灯。
  2. 【請求項２】 前記焦点曲線は、前記投影レンズのレン
    ズ形状から光線追跡の手段により求められていることを
    特徴とする請求項１記載のプロジェクタ型前照灯。
  3. 【請求項３】 前記焦点曲線は、ｘ2 ／ａ2 ＋ｙ2 ／ｂ
    2 ＝１の楕円の長軸側が正値となる半分であり、 ａ＝Ｆ−（ｂ−ｄ・ｔａｎ（ｓｉｎ-1（ｓｉｎθ／
    ｎ）））／ｔａｎθ ［θ：４０、Ｆ：投影レンズの焦点距離、ｂ：投影レン
    ズの形状により定まる値（１８≦ｂ≦２８ｄ）、ｄ：投
    影レンズの厚さ、ｎ：投影レンズの屈折率］なる式で求
    められていることを特徴とする請求項１記載のプロジェ
    クタ型前照灯。
  4. 【請求項４】 前記遮光板は前記焦点曲線から２mm以内
    の範囲として設けられていることを特徴とする請求項
    １、請求項２または請求項３記載のプロジェクタ型前照
    灯。
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