JP2724648B2 - 照明灯及びその反射面の形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主として反射光を利用す
る照明灯において、反射鏡の形状に改善を加えることで
レンズ面の輝度分布を均一化することができる新規な照
明灯及びその反射面の形成方法を提供しようとするもの
である。

【０００２】

【従来の技術】自動車は単なる移動手段を越えて室内の
居住性の向上が求められるようになっており、このよう
なユーザーの意識変化の影響は室内照明にとっても例外
ではない。

【０００３】自動車の室内照明用ランプとしては、グレ
アを極力抑えた面発光型の灯具が好ましいとされる。

【０００４】図１１は従来のルームランプａの構成及び
輝度分布の一例を示すものである。

【０００５】図中ｂはバルブであり、その端子部ｃ、ｃ
がランプボディｄに取り付けられた支持片ｅ、ｅによっ
て弾接的に支持されており、導電材料で形成されたこれ
らの支持片ｅ、ｅを介してバルブｂに給電がなされる。

【０００６】ｆはランプボディｄの前面を覆う半透明の
アウターレンズであり、灯具内の構造が外から見えない
ように乳白色等の色味を帯びている。

【０００７】尚、上記の構造から明らかなようにバルブ
ｂの光はアウターレンズｆを通して灯具外に出射される
が、アウターレンズｆの発光面における明るさがなるべ
く均一になるように光を散乱する多数の拡散ステップを
アウターレンズｆに形成することが常套手段となってい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したル
ームランプａにあってはアウターレンズｆの発光面にお
ける明るさを均一化するために半透明のアウターレンズ
を用いているため、クリアーな光を得ることができない
という問題や透明なアウターレンズを用いる場合に比べ
てコスト高になってしまうという問題がある。

【０００９】また、アウターレンズの拡散機能だけに頼
っているため、明るさの均一化の程度にも一定の限界が
あり、特にアウターレンズの周辺部で暗くなる傾向があ
る。

【００１０】図１１の下段に示すグラフ図は、アウター
レンズｆの長手方向の中央部を通る軸を設定して位置の
座標軸（Ｘ軸）とし、これを横軸として各位置における
輝度を縦軸（Ｂ軸）に示したものである。

【００１１】グラフ曲線ｇ１において位置Ｘ＝Ｘ０はア
ウターレンズｆのうちバルブｂの中央部に対応する位置
を示しており、この近傍が最も明るく、周辺部に行くに
つれて暗くなっていく傾向が見られ、かつ明るさの減衰
の度合いが大きいことが分かる。

【００１２】ところで、上記のルームランプではバルブ
ｂの直接光のみを利用していることに原因があると考え
ると、上記の不都合を回避するためには平行光線を得る
ために放物面反射鏡を使用すれば良いであろうと容易に
推測される。

【００１３】つまり、バルブの中心を放物面反射鏡の焦
点位置に配置して、その前方に拡散機能をもったアウタ
ーレンズ（あるいは拡散板）を設ければ良いが、その際
バルブのフィラメントをランプの光軸に沿って配置した
所謂Ｃ−８配置を採用した場合に、発光面の輝度分布を
測定するとその中央部が相対的に暗くなる傾向を示す。

【００１４】図１２はアウターレンズの長手方向の中央
部を通る座標軸を設定して位置の原点をアウターレンズ
とランプの光軸との交点に選んだ位置座標軸（ｒ軸）を
用い、これを横軸として各位置における輝度（Ｂ軸）を
縦軸に示したものである。

【００１５】グラフ曲線ｇ２に示すようにランプの中央
部から距離をおいたｒ＝ｒ０の位置に明るさのピークが
現れ、中央部においては光量が不足してしまうという欠
点が認められる。

【００１６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明照明灯は
上記した課題を解決するために、ランプボディとアウタ
ーレンズとによって画成される空間内に電球を配置する
とともに、ランプボディに反射処理を施すことによって
反射面を形成し又はランプボディとは別体の反射鏡を配
置した照明灯において、電球をそのフィラメントが灯具
の光軸に平行となるように配置するとともに、反射面の
うちフィラメントに対して任意の立体角をもって張られ
る反射領域の反射光束量を該反射領域がアウターレンズ
に対して寄与する発光面積で割ることによって得られる
単位面積当たりの光束量が一定となるように反射面の傾
斜を規定したものである。

【００１７】そして、照明灯の反射面の形成にあたって
は、電球をそのフィラメントが灯具の光軸に平行となる
ように配置したとき、該フィラメントに対してある立体
角をもって張られる反射面の全光束量を、反射面がアウ
ターレンズに対して寄与する全発光面積で割ることによ
って、単位面積当たりの平均光束量を求めた後、光軸を
含む平面内においてフィラメントの中心を基準とした角
度に関して反射面を複数の反射領域に区分したとき、フ
ィラメントに対して所定の立体角をもって張られる反射
領域の反射光束量を、該反射領域がアウターレンズに対
して寄与する発光面積で割ることによって得られる単位
面積当たりの光束量が先に求めた平均光束量に等しいと
おいて、反射領域の境界での反射光がアウターレンズに
到達する際の目標位置を領域毎に求め、それから、これ
らの目標位置に基づいて反射の法則を用いて、反射面の
傾斜を反射領域毎に規定するようにしたものである。

【００１８】

【作用】本発明照明灯及びその反射面の形成方法によれ
ば、反射面を形成する各反射領域について、その反射光
束をアウターレンズに寄与する発光面積で割った値が一
定になるように反射光のアウターレンズ面への目標点を
定めて反射面の傾きを決めているので、曇ったアウター
レンズを用いて光を散乱したり拡散ステップの形成に頼
ることなく発光面の明るさを均一化することができ、ア
ウターレンズによる減光が少なくクリアーな照明光を得
ることができる。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明照明灯を図示した実施例に従
って説明する。

【００２０】図１乃至図１０は本発明を自動車用のルー
ムランプに適用した構成例を示すものである。

【００２１】ルームランプ１は図３に示すように合成樹
脂製のランプボディ２と透明のアウターレンズ３とによ
って形成される灯具空間の端寄りの位置にバルブ４が配
置され、該バルブ４から出た光が反射鏡５によって反射
された後アウターレンズ３を通して外部に照射されるよ
うになっている。

【００２２】図２に示すようにランプボディ２は厚みの
薄い舟型の形状をしており、部分的に湾曲した内面部が
反射鏡５とされ、その内表面には蒸着による鏡面処理が
施されて反射面５ａが形成されている。この反射面５ａ
の形状はランプの発光面における明るさが均一になるよ
うに設計されている。

【００２３】６は放熱板を兼ねたベースであり、バルブ
４の口金部４ａが取付具７によってベース６に取着され
た状態でランプボディ２内の片隅に配置され、ビス止め
によってランプボディ２とともに車体に固定されるよう
になっている。

【００２４】８は遮熱板であり、バルブ４の輻射熱をカ
ットするために設けられており、バルブ４から前方に向
かう赤外線をベース６側に反射し、最終的に車体を介し
て灯具外に放熱させる作用を有する。

【００２５】この遮熱板８はバルブ４を覆うようにして
配置され、アウターレンズ３をランプボディ２に取付け
ることによってベース６とアウターレンズ３との間で挟
持され、遮熱板８の支持脚８ａ、８ａがベース６に接触
される。

【００２６】アウターレンズ３は、透明な合成樹脂材料
によって成形されており、図１に示すように、正面から
見て横長の長方形状をしており、反射面５ａに対応する
領域には多数の拡散ステップが形成されている。

【００２７】尚、アウターレンズ３には部分的に塗装が
為されており（図３にＥで示す範囲）、灯具内の構造が
外部から見えないようになっている。

【００２８】図２、図３に示すようにアウターレンズ３
に長手方向における両端部の内側には係合突起３ａ、３
ａが形成されている。これらの係合突起３ａ、３ａに対
応してランプボディ２には係合突片９が突設されてこれ
に係合孔９ａが形成され、また、ランプボディ２の縁部
１０と反射鏡５との境界には係合孔１０ａが形成されて
おり、係合突起３ａ、３ａを係合孔９ａ、１０ａにそれ
ぞれ係合することによってアウターレンズ３の周縁部が
ランプボディ２の縁部のレンズ据付段部１１に収まった
状態でランプボディ２に取付けられるようになってい
る。

【００２９】次に上記した反射面５ａの形状を図４乃至
図９に従って説明する。

【００３０】ランプの発光を均一化するためには図４に
Ｓで示す発光面積の全体において単位面積当たりに入射
する光束が均一になるように基本反射面Ｒｆの形状設計
を行えば良い。

【００３１】図５はランプの光軸を含む平面と基本反射
面Ｒｆとの交線１２の形状を示しており、光軸をｙ軸に
選び、これに直交する軸をｘ軸に選んだ座標系を採用し
ている。

【００３２】この場合基本反射面Ｒｆやアウターレンズ
はｙ軸回りの回転対称性を有し、原点Ｏをアウターレン
ズの中心に選んでいるものと想定している。実際に用い
られる反射面５ａはこのような設計上の基本反射面を特
定の範囲についてトリミングすることによって所望の外
形をもつように切り出される。

【００３３】尚、光源としては点光源ではなくコイル状
のフィラメント１３を想定し、その中心軸が光軸上に位
置した所謂Ｃ−８フィラメント配置とする。

【００３４】図中「Ｐｉ」（但し、ｉ＝１、２、・・
・、ｎ）は交線１２上の代表点を示しており、「θｉ」
（但し、ｉ＝１、２、・・・、ｎ）は、これらの代表点
とフィラメント１３の中心Ｆとを結ぶ線分がｙ軸に対し
てなす角度を表している。

【００３５】尚、θｎについては「θ１＜θ２＜・・・
＜θｎ」という角度関係が成立するように添字が順序付
けられており、点Ｐｎがｘ軸上にありｘ＝Ｒの位置とさ
れている。

【００３６】θ（＝θｎ−θ１）の範囲に対して、フィ
ラメント１３に関する立体角（「ω」とする。）は、次
式で表わされる。

【００３７】

【数１】

【００３８】つまり、０≦θ≦θｎの範囲がフィラメン
トに対して張る立体角と、０≦θ≦θ１の範囲がフィラ
メントに対して張る立体角との差として求められる。

【００３９】よって、単位面積当たりの立体角を「Ｔ」
とすると、これはωを全発光面積ｓ（原点Ｏを中心とし
た半径Ｒの面積）で割ったものに等しく、次式のように
なる。

【００４０】

【数２】

【００４１】フィラメント上の各点からある立体角をも
って出射した光は反射されて前方に向かい、発光面積上
のある範囲に対して明るさの寄与をもつ。

【００４２】説明を簡単化するためにθ１からθｎまで
の角度範囲θを（ｎ−１）等分し、Δθ＝θｋ−θｊ＝
θ／ｎとなるように規定する。但し、ｋ、ｊはｋ＝ｊ＋
１を満たす整数であり、その範囲は２＜ｋ＜ｎ、１＜ｊ
＜ｎ−１である。

【００４３】また、点Ｆから各代表点Ｐｉ（ｉ＝１、
２、・・・、ｎ）に向かう光は、各点で反射した後ｘ軸
上を通過するが、代表点Ｐｉ＋１に対応する通過点のｘ
座標を「ｘｉ」（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）とする。

【００４４】反射面のうちθ１≦θ≦θ２の範囲がフィ
ラメントに対して張る立体角をω１とすると、［数１］
式と同様の考え方を用いて次のように求めることができ
る。

【００４５】

【数３】

【００４６】この範囲による反射光は、反射面の光軸に
関する回転対称性及び「ｘｉ」の定義を考慮すると図５
に示すように光軸方向から見て半径ｘ１の円形部分Ｓ１
の明るさに寄与することがわかる。

【００４７】よって、その面積を「ｓ１（＝π・（ｘ
１）＾２）」とすると、Ｓ１の範囲における単位面積当
たりの立体角（これを「Ｔ１」とする。）は次式に示す
ように求められる。

【００４８】

【数４】

【００４９】このＴ１は発光面全体に亘って均一である
必要があるので、［数２］で求めたＴに等しいとおき、
ｘ１について解くと次式のように求められる。

【００５０】

【数５】

【００５１】次にθ２≦θ≦θ３の範囲について上と同
様の計算を行うことによってｘ２を求める（図６参
照。）。

【００５２】立体角をω２とすると、次式に示すように
なる。

【００５３】

【数６】

【００５４】この場合、発光面積（「ｓ２」とする。）
は半径ｘ２の円から半径ｘ１の円を取り除いた円環の面
積となることに注意し、単位面積当たりの立体角を「Ｔ
２」とすると、次式のようになる。

【００５５】

【数７】

【００５６】よって、このＴ２＝Ｔからｘ２が次式のよ
うに求められる。

【００５７】

【数８】

【００５８】任意のｘｉを求める計算についてはｘ２の
計算と同様に行えば良いことは明かであり、各範囲につ
いての単位面積当たりの立体角を求めてこれをＴに等し
いとおきｘｉの値を求めれば良い。

【００５９】以上の計算によりｘｉが計算されたるの
で、これらの値に基づいて反射面の形状を決める作業に
移る。

【００６０】つまり、図７に示すように座標値ｘｉをタ
ーゲットとして各代表点Ｐｉでの反射面の傾きを求める
ことができる。

【００６１】図７は幾何光学的な位置関係を示すグラフ
図であり、点Ｆ（０，−ｆ）から交線１２上の代表点Ｐ
ｉ＋１に至る線分Ｌ＿ＩＮが入射光を表し、点Ｐｉ＋１
から点（ｘｉ、０）に向かう線分Ｌ＿ＯＵＴが反射光を
表している。また、直線Ｍは点Ｐｉ＋１での接線を表
し、Ｎは法線を表している。

【００６２】ここで光線Ｌ＿ＩＮ、Ｌ＿ＯＵＴや接線Ｍ
に関する傾斜及び点Ｐｉ＋１を通りｘ軸に平行な直線と
Ｌ＿ＩＮ、Ｌ＿ＯＵＴ、Ｍとの間になす角度、そして各
線のｙ切片を［表１］に示すように定義する。

【００６３】

【表１】

【００６４】すると、法線Ｎと光線Ｌ＿ＩＮ、Ｌ＿ＯＵ
Ｔとの間になす角度は反射の法則に従って等しいので、
入射角や反射角の補角が等しい（φ１＋φ３＝φ２−φ
３）とから次式の関係が得られる。

【００６５】

【数９】

【００６６】φ１＝ｔａｎ^-1Ｋ１、φ２＝ｔａｎ^-1Ｋ
２、Ｋ３＝ｔａｎφ３の関係式を用いるとＫ１、Ｋ２か
らＫ３を求める次式が得られる。

【００６７】

【数１０】

【００６８】但し、Ｋ２＜０（あるいはＫ＞９０゜）の
時は、逆正接関数の主値に関する補正が必要である。

【００６９】ｎの値を充分大きくして上記の計算を繰り
返して行けば交線１２の形状が決まり、これをｙ軸回り
に回転させた形状が求める反射面となる。

【００７０】以上のように反射面の基本形状が決まる
と、そのうちの使用部分を切り出して実際の反射面５ａ
の設計が行われる。

【００７１】前述したように反射面５ａはランプボディ
２の一部である反射鏡５にＡＬ（アルミニウム）蒸着を
施すことによって形成されるが、加工精度の限界により
バルブに近い領域では予定の形状を得ることができない
という問題がある。

【００７２】これは反射面が平坦な部分から急激に変化
する場合において層厚の均一化することが困難であるた
めである。

【００７３】図８は、反射鏡の中央部を拡大して示す断
面図であり、蒸着の際のアンダコートにより光軸に近い
領域での反射層δが厚くなるため、上述した反射面が正
確に形成されず反射光が予定した光路Ａからずれてしま
い光路Ａ′に示すように本来中央に集まるべき光が光軸
から遠ざかってしまうことになる。

【００７４】よって発光面のうちｙ軸近辺の領域が相対
的に暗くなるという傾向が生じることになるが、これを
防ぐには、図９に示すように蒸着層に対する溜まり溝１
４を形成し、アルミニウム層の過剰部分を逃がして層厚
を均一にすれば良い。

【００７５】または光軸付近の反射面の形成について高
い精度を追求する代わりに、ランプの中央部分の明るさ
についてはなるべくバルブの直接光を利用するようにす
れば、反射面の傾斜が急激に変化する場所を設けなくて
も済む点でより実際的である。

【００７６】しかして、上記ルームランプ１の輝度分布
をグラフ化すると図１の下段に示すグラフのようにな
る。

【００７７】図１はアウターレンズ３の長手方向の中央
部を通る軸を設定して位置の座標軸（Ｘ軸）とし、これ
を横軸として各位置における輝度を縦軸（Ｂ軸）に示し
たものである。尚、Ｘ軸についての方向はバルブ４に近
づいて行く向きが正の向きとなるように選んでいる。

【００７８】グラフ曲線Ｇから分かるようにバルブ４に
近い位置Ｘ＝Ｘｐに輝度のピークが見られるが、Ｘ軸の
負方向に行くにつれて徐々に暗くなり略一定の明るさを
示した後稍明るさを増してから減衰するという傾向が認
められる。

【００７９】ランプの中央部と周辺部の明るさに差はあ
るものの、その変化が緩やかであるため、見た目にはほ
ぼ均一な分布が得られる。

【００８０】また、アウターレンズ３が透明であること
から明らかなようにクリアーな光を得ることができ、レ
ンズによる減光の度合いが少ない。

【００８１】尚、ループランプ１はその厚みを小さくす
ることができるようにバルブ４を灯具空間の片隅に追い
やった構造を有しているが、厚みが小さくなるとランプ
ボディ２やアウターレンズ３の耐熱性が問題となる。

【００８２】つまり、ランプボディ２やアウターレンズ
３は合成樹脂製であるため、バルブ４の熱の影響を直接
受けることになる。

【００８３】そのためルームランプ１にあっては、放熱
用のベース６や遮熱板８でバルブ４を取り囲んでおり、
バルブ４の輻射熱は遮熱板によってベース６側に反射さ
せるとともに、バルブ４の口金部４ａを通して伝導する
熱を直接又は取付具７を介してベース６に伝え、図１０
に示すようにベース６をビス止めによって車体１５にと
も締めすることで車体側に熱を逃がすという工夫を凝ら
している。

【００８４】ベース６には熱伝導率の高い金属材料を用
いることは勿論の事、赤外線の吸収率を上げるためにつ
や消しの黒色塗装を施したり、また、遮熱板８の反射率
を上げるためにアルミニウムの蒸着処理を行うこと等に
よって一層の放熱効果を得ることができる。

【００８５】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、本発明照明灯及びその反射面の形成方法によれば、
光軸を含む平面内でフィラメントの中心を基準とした角
度に関して反射面を複数の反射領域に区分したとき、フ
ィラメントに対して所定の立体角をもって張られる反射
領域の反射光束量を、該反射領域がアウターレンズに対
して寄与する発光面積で割ることによって得られる単位
面積当たりの光束量が常に一定になるように反射面の形
状設計を行っているので、透明度の高いアウターレンズ
を用いても均一な面発光を得ることができ、アウターレ
ンズによる減光の程度が少なくクリアーな光の灯具を作
ることができる。

【００８６】尚、前記した実施例においては角形のラン
プのみを示したが、本発明は丸形のランプ等に適用する
ことができ、ルームランプに限らず均一な明るさを必要
とする照明器具に広く適用することができる。また、反
射鏡との関係において光源を点光源としてみなすことが
できる場合には点光源に関する立体角の式ω＝２π・
（１−ｃｏｓθ）を用いて前述した手順で反射面を設計
し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るルームランプの正面形状と輝度分
布との関係を示す図である。

【図２】本発明に係るルームランプの分解斜視図であ
る。

【図３】本発明に係るルームランプの断面図である。

【図４】反射鏡と発光面積について示す概略図である。

【図５】本発明に係るルームランプの反射面の形状につ
いて説明するためのグラフ図であり、ｘ−ｙ平面図とθ
１≦θ≦θ２の範囲に対応する発光面積を示す図であ
る。

【図６】本発明に係るルームランプの反射面の形状につ
いて説明するために、θ２≦θ≦θ３の範囲の反射領域
に対応する発光面積を示す概略的な斜視図である。

【図７】本発明に係るルームランプの反射面の傾斜につ
いて説明するためのグラフ図である。

【図８】反射鏡の光軸近傍の形状を示す要部の拡大断面
図である。

【図９】反射層厚の均一化を図るために反射鏡の光軸近
傍に溝部を形成した反射鏡の要部を示す拡大断面図であ
る

【図１０】車体に取付られた状態のルームランプの要部
を示す拡大断面図である。

【図１１】従来のルームランプの一例における断面形状
と輝度分布との関係を示す図である。

【図１２】放物面状の反射鏡をルームランプに使用した
ときの問題点を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ 照明灯 ２ ランプボディ ３ アウターレンズ ４ 電球 ５ 反射鏡 ５ａ 反射面 １３ フィラメント ｙ−ｙ 光軸 ｘｉ 目標位置

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ランプボディとアウターレンズとによっ
   て画成される空間内に電球を配置するとともに、ランプ
   ボディに反射処理を施すことによって反射面を形成し又
   はランプボディとは別体の反射鏡を配置した照明灯にお
   いて、電球をそのフィラメントが灯具の光軸に平行とな
   るように配置するとともに、反射面のうちフィラメント
   に対して任意の立体角をもって張られる反射領域の反射
   光束量を該反射領域がアウターレンズに対して寄与する
   発光面積で割ることによって得られる単位面積当たりの
   光束量が一定となるように反射面の傾斜を規定したこと
   を特徴とする照明灯。
2. 【請求項２】 ランプボディとアウターレンズとによっ
   て画成される空間内に電球を配置するとともに、ランプ
   ボディに反射処理を施すことによって反射面を形成し又
   はランプボディとは別体の反射鏡を配置した照明灯の反
   射面の形成方法であって、 （１）電球をそのフィラメントが灯具の光軸に平行とな
   るように配置したとき、 該フィラメントに対してある立体角をもって張られる反
   射面の全光束量を、反射面がアウターレンズに対して寄
   与する全発光面積で割ることによって、単位面積当たり
   の平均光束量を求めた後、 （２）光軸を含む平面内においてフィラメントの中心を
   基準とした角度に関して反射面を複数の反射領域に区分
   したとき、フィラメントに対して所定の立体角をもって
   張られる反射領域の反射光束量を、該反射領域がアウタ
   ーレンズに対して寄与する発光面積で割ることによって
   得られる単位面積当たりの光束量が（１）でもとめた平
   均光束量に等しいとおいて、反射領域の境界での反射光
   がアウターレンズに到達する際の目標位置を領域毎に求
   め、 （３）（２）の目標位置に基づいて反射の法則を用い
   て、反射面の傾斜を反射領域毎に規定するようにした、
   ことを特徴とする照明灯の反射面の形成方法。