JP2752571B2 - 光ガイドを用いた照明装置 - Google Patents

光ガイドを用いた照明装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、照明装置、特に光を
光源から遠隔位置まで伝搬する光ファイバ光導波路また
は光ガイドを用いた照明装置に関する。さらに詳しく
は、この照明装置は、湾曲反射面たとえば放物状ミラー
をレンズと組み合わせた前照灯（ヘッドランプ）に用い
ることができる。もちろん、この発明は、その要旨から
逸脱しない範囲内で、他の環境や用途にも効果的に使用
できる。
【０００２】
【従来の技術】自動車用前照灯装置の近年の展開を考え
ると、最終的には、自動車内の多数の照明用途に十分な
光を与える１つの高輝度光源を用いる方式を目指して引
き続き前進しているようである。好ましい方式では、光
源を中心に配置し、光を一連の光ガイドまたは導波路に
よって遠隔位置に分配する。たとえば、１組の光ガイド
で光を光源から複数の前照灯に運び、別の１組の光ガイ
ドで駐車灯、方向指示灯などを分担し、そしておそらく
は、別の１組の光ガイドで光を光源から室内用に伝送す
る。この点に関しては、このような集中照明装置を開示
した米国特許第４，９５８，２６３号を参照されたい。
したがって、この発明を完全に理解するのにこれ以上の
説明は不要であろう。
【０００３】集中光源を前照灯用の一連の光ガイドと組
み合わせることにより多数の効果や利点が得られるが、
現在のところ、商業的に受け入れられている周知の白熱
電球前照灯装置への信頼が続いている。集中照明装置が
受け入れられ、それに切り替わるためには、多数の設計
および工作機械器具の変更がどうしても必要であり、こ
れにはすべてコスト要因が付随する。他方、現行装置に
はこれまでに莫大な経済的支出が注がれている。このい
ままでの出費と、集中照明装置を完全に実施するために
は大規模な変更が予測されることとが、新しい装置の受
け入れを妨げる要因の一部になっている、と考えられ
る。
【０００４】このようなわけで、伝統的な普通の照明装
置とこの最近開発された技術の採用との間のギャップを
埋めるために、暫定的な開発が必要とされている。まっ
たく新しい照明装置と関連した出費を避けるために、既
知の構成（たとえば、白熱電球前照灯構造）の設計と寸
法パラメータの多くを利用する暫定的な装置を、自動車
メーカは強く望んでいる、と考えられる。新しい技術を
現行の設計パラメータおよびハードウェアと組み合わせ
ること、すなわち現行のハードウェアに適応させること
により、新しい技術をゆっくり実現してゆくことが強く
望まれている。
【０００５】その上、自動車用照明装置、特に前照灯構
造は、より小さい、よりコンパクトな構造への要求を満
足し続けなければならない。もちろん、よりコンパクト
な構造への要求は同時に他の性能基準も満足しなければ
ならない。たとえば、前照灯メーカの側では投光照明装
置から得られる利点を利用することを強調するが、残念
ながら投光照明装置は自動車メーカが要求する空間条件
を満たすのが難しい。
【０００６】したがって、この発明の第一の目的は、現
行の前照灯装置に集中照明装置の一部を適応させること
にある。この発明の別の目的は、放物状反射面の一部だ
けを使用して、機能を損なうことなく、より小さな前照
灯開口が得られるようにすることにある。
【０００７】
【発明の概要】この発明では、現行の前照灯技術と予想
される継続的な発展と集中照明装置への改作との間で暫
定的なかけ橋となる新規な改良された照明装置が考えら
れている。現行の技術への適応および寸法問題にも考慮
を払いながら、簡単かつ経済的な方法でかかる暫定的か
け橋を実現する。
【０００８】この発明の第１の観点によれば、通常の前
照灯ハウジングを、白熱電球（光源）を取り外し、その
代わりに集中照明装置と関連した光ガイドの出力端を導
入することによって改変する。ミラーを光ガイドの出力
端近くに配置して、光を湾曲反射面たとえば放物面へ反
射させ、これにより光を平行光線に変換してから、通常
のレンズを通過させる。好ましくは、ミラーを平面ミラ
ーとして、光ガイドから受け取った光の指向性を保存す
る。
【０００９】この発明の第２の観点によれば、放物状反
射面の一部を光ガイドの出力端と組み合わせて用いるこ
とにより、コンパクトな前照灯構造を達成する。光ガイ
ドを軸線外に配置することができ、こうすれば光ガイド
から出てくる光と関連した指向性を有利に利用すること
ができる。この発明は部品または部品の配列としての物
理的形態をとるが、その好適な実施例を以下に図面を参
照しながら詳しく説明する。
【００１０】
【実施例の説明】以下にこの発明を図面を参照しながら
説明するが、これらの図はこの発明の好適な実施例を具
体的に示すためだけであり、この発明をこれらに限定す
るためではない。図１に示す光導波路または光ガイド１
０は、関連する光源（図示せず）、たとえば高輝度光源
から光を受け取る。光源からの光を集め、その光を１本
以上の光ガイド１０の入力端（図示せず）に効果的に伝
送する構成は、当業界で周知であるので、ここではこれ
以上説明しない。
【００１１】図示の光ガイド１０は、出力端１２が前照
灯（ヘッドランプ）ハウジング１４内に配置されてい
る。具体的には、ハウジング１４は後側に反射面１６を
有し、反射面は好適な構成では、ほぼ回転放物面形状の
ミラーまたは両切りされたミラーである。もちろん、他
の曲面、たとえばほぼ球形の面または複合放物集光面
（ＣＰＣ＝compound parabolic collecting surface ）
を用いても、同等の効果が得られる。反射面１６は高度
に研磨したミラー状表面で、光ガイドの出力端から光を
受け取り、その光を周知の光学的原理により平行光線に
する（コリメートする）。
【００１２】光ガイドは前照灯ハウジングにだいだい反
射面の中心線または軸線に沿って進入し、前照灯ハウジ
ングの内部に突出し、反射面の焦点近くで終端する。な
お、前照灯ハウジングの入口開口を光ガイドのまわりで
適切に密封するのは、もちろんである。光は光ガイドの
出力端から出射し、光ガイドの特性に基づき、指向性を
有し、したがって光線は光ガイドとほぼ同じ通路に沿っ
て進み（図面では右向きに進み）、限られた角度範囲に
しか広がらない。このことは、白熱電球光源が反射面の
焦点に位置し、光源のフィラメントが光を全方向に放射
する通常の前照灯とは対照的である。
【００１３】この発明によれば、ミラー２０が、光ガイ
ド１０から出てくる指向性の光の通路に配置され、その
光を反射面１６に向かって配向しなおす。具体的には、
図１のミラー２０は、１対の平面ミラー２２、２４を互
いにある角度で配置し、隣接エッジ２６に沿って当接さ
せた構成である。１対の鏡がだいたいＶ字形状を画定
し、この形状の頂点、すなわちミラーの隣接エッジが光
ガイド１０の出力端１２のすぐ近くに位置する。光線が
光ガイドから出ると、光線は平面ミラー２２、２４によ
り、ほぼ側方へ光ガイドの両側に、反射面１６の方へ反
射される。
【００１４】ミラーを放物反射面の焦点近くに配置する
ことにより、光線を反射面１６で反射するとともに、平
行光線にする。このようにして、光線は、図示のよう
に、反射面から前方に（右向きに）、そして最初の光ガ
イドからの伝搬方向とほぼ同じ方向に進む。平行にされ
た光線は外向きに反射面１６から離れる方向に進み、光
線を所定のパターンに配向する普通のレンズ３０を通過
する。所望のパターンに応じて、レンズ３０は、光を種
々の所定の方向に分散させ、自動車の前方照明およびぎ
らつき防止条件を満足する指向性光出力を生成するよう
に製造する。なお、当然ながら、自動車用途には、ロー
ビームとハイビーム点灯の切換手段を設ける必要があ
り、そしてそのために、マスク部材１８を光ガイド１０
の出力端に配置して光出力の一部分を選択的に遮断す
る。
【００１５】引き続き図１を参照するとともに図２も参
照して、光ガイドの出力端に対するミラー２０の細部を
説明する。具体的には、ミラー２２、２４の隣接エッジ
２６が規定する頂点は、光ガイドの出力端１２から所定
の距離だけ離れている。このため、光ガイドから出てく
る光線のすべてが、ミラー２０により後ろ向きに反射さ
れたとき、光ガイドの出力端に当たらない。これによ
り、光ガイドから出てくる光すべての利用率を最大にす
る。
【００１６】反射面１６の焦点３２は１対のミラー２
２、２４の頂点のすぐ近くに位置する。やはりこのこと
により、光線が反射面１６から反射されたとき、ほぼ平
行になる。さらに、ミラー２２、２４は平面形であるの
が好ましいが、それはこのような構成では光の分散が少
ないからである。すなわち、この発明の教示にしたがっ
て１個以上の曲面ミラーを使用することができるが、ミ
ラーの平面は光の利用を最大にし、前照灯パターンの
「ホットスポット」の最適な明るさに寄与する。
【００１７】１対のミラー２２、２４を用いる思想は、
図３の変更実施例でも採用されている。しかし、図３で
は、１対のミラーの頂点を光ガイドの出力端かそのごく
近くに配置する。この構成では、平面２２、２４で反射
された光線の一部が光ガイドに戻される。このような構
成では光源の出力を最大限に利用できないが、用途によ
っては、このような構成が組立が簡単などの理由で望ま
しいことがある。しかし、これ以外のほぼすべての点
で、図３の実施例は図１および図２の実施例と構造的に
も機能的にも同じである。
【００１８】あらゆる平面ミラーと同様、光線の方向を
ミラーの後ろ側に延長することにより虚像、この場合、
光ガイド端部の虚像を形成する。したがって、当業者に
明らかなように、図１−３の実施例では、ミラーの虚像
が放物反射面１６の焦点からわずかにずれた領域に位置
する。したがって、特定の状況では、図４の実施例に示
すように、虚像を放物面の焦点にぴったり位置させて、
放物面の光学的特性をうまく利用するのが望ましい。こ
の場合、虚像４０と焦点３２が重複し、放物反射面の平
行光線化（コリメーティング）作用が最大に生かされ
る。
【００１９】当業者であればすぐに理解できるように、
この場合、光ガイド１０を放物面の中心線４２から４４
で示される距離だけずらす。さらに、ミラーを、光ガイ
ド１０の出力端に対してある角度で傾斜した単一の平面
ミラー５０により構成する。ミラーは横方向寸法５２を
有し、この面で光ガイドから出てくる光のすべてを反射
し、光線を放物面１６のほぼ半分１６ａに配向する。し
たがって、この実施例では、反射面の残りの半分１６ｂ
は使用しない。さらに、平面ミラー５０は光ガイドの端
部から離れているので、適当に選んだ代表的な光線を実
線で示すように、光のすべてが放物面１６に反射され
る。この後、光線はレンズ３０を通過することにより、
所定のパターンに配向される。このような構成により、
光ガイド１０から出てくる光のすべてが反射面１６に当
たり、そして光は放物面の焦点から来るような様相を呈
するので、適切に平行光線に変換されるという利点が得
られる。
【００２０】図５−７に、通常の前照灯アセンブリに用
いる照明装置のさらに他の実施例を示す。この実施例で
も、白熱電球光源の代わりに光ガイドが用いられる。本
例でも、光ガイドはだいたい放物反射面の中心線に沿っ
て延びている。図１−４に関して説明した配置とは違っ
て、この配置では、放物反射面が両切りされていない。
したがって、光を１８０°にわたって反射しなければな
らない。
【００２１】先に示唆したように、光ガイドから出てく
る光を反射面１６に反射するのに、平面を使用するのが
好ましい。このようにすれば、光線をさらに発散させる
ことになる湾曲ミラーからの反射光とは反対に、光が光
ガイドから出てくるときの光の指向性が保存される。し
たがって、図５−７に示すミラー６０は４つの互いに直
角な三角形面６２、６４、６６、６８を含み、これらの
三角形面が一端で１点に合致し、他端でロッド側面につ
ながる。ロッドは、たとえば、石英、ガラスまたはプラ
スチック材料製とすればよく、４つの平面がそれぞれ光
ガイドから受け取る光の約１／４を反射面１６に反射す
る。
【００２２】本例でも、好適な配置では、ミラー６０を
放物面の焦点に配置し、光線が反射面１６から反射され
るときに、光線が平行光線になるようにする。図示しな
いが、平行にされた光線を、この後レンズにより所望通
りの所定のパターンに配向するのが有利である。さらに
他の構成では、図８に示すように、光ガイド１０の出力
端１２を反射面１６の中心線にだいたい直角に配置す
る。言い換えると、光ガイドの出力端が前照灯のレンズ
３０が規定する平面にだいたい直角である。軸線からは
ずれた放物反射面１６の焦点を、光ガイドから出てくる
光の指向性をうまく利用するように配置する。したがっ
て、光ガイドからの指向性光のある角度範囲の広がりが
有効に利用され、放物反射面１６の円周方向の広がりと
合致し、こうして光線を、レンズ３０を通過する前に平
行に変換する。したがって、この配置では、光ガイドの
出力端が放物反射面の焦点と一致しているので、光線は
放物反射面から、前照灯ハウジングに進入する光ガイド
の軸線方向にほぼ直交する方向に配向される。
【００２３】レンズ３０は断面積が著しく小さく、特
に、光出力を低下することなく開口を小さくするか、寸
法関係を減少させる必要のある車両設計に用いられる。
図１、図５および図８のレンズの有効寸法を比較する
と、光ガイドが前照灯ハウジングに側方から進入する図
８の構成の有利なことが明らかになる。しばしば、この
設計は現行の前照灯に応用するには適さず、構成部品間
の新しい相互関係を必要とする。しかし、この実施例を
現行の前照灯構造に有効に使用できないことより、寸法
の縮小、すなわちコンパクトな設計により得られる利点
の方が上回る。
【００２４】上述した実施例のいずれも、同じ前照灯装
置で同時にロービームおよびハイビーム強度を与えるこ
とができる。たとえば、第２の光ガイドを前照灯ハウジ
ングに設けるか、あるいは光を光ガイドの入力端か出力
端か、場合によっては途中で調節するかして、前照灯構
造の光束を増加する。あるいはまた、前述した照明装置
では単一の光ガイドをそのまま使用し続け、出力端の一
部分を選択的にマスクしてもよい。たとえば、圧電材料
で光ガイドの出力端の一部分を被覆する。電界を加える
と、圧電材料がひずみ、マスクを光ガイドから射出され
る光を阻止する状態から解除し、最大の光が前照灯から
配向されるのを許す。もちろん、他の選択的ブロックま
たはマスク構造（電磁的、機械的など）を用いて、光ガ
イドから出てくる光の一部を選択的にさえぎって、ロー
ビーム状態を実現してもよい。同様に、マスクを阻止状
態から取り去ることによりハイビーム状態を実現でき
る。
【００２５】また、光ガイドから出てくる光の一部を、
反射面１６の軸線にだいたい平行な方向に進行させるこ
とも考えられる。このことは、たとえば、図１−３の実
施例において平面ミラー２２、２４間に隙間を残すこと
により、達成できる。この隙間を通って進む光を平行光
線にするために、ミラー２０とレンズ３０との間の区域
に追加のレンズを設ける必要があるかもしれない。さら
に、レンズ３０を、非反射光を所望通りに配向するよう
に変更しなければならないかもしれない。しかし、その
他の点ではすべて、この照明装置は前述したのと同様に
作動する。
【００２６】以上、この発明を好適な実施例について説
明した。以上の説明を読み、理解すれば、種々の変更や
変形が想起できることが明らかである。このような変更
例や変形例はこの発明の要旨の範囲内に入るかその均等
物であるかぎり、この発明に包含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】前照灯ハウジングを切断して部分的に断面で示
す、この発明の照明装置の１実施例の側面図である。
【図２】図１の照明装置の主要部分を一部断面にて示す
拡大図である。
【図３】図１の照明装置の主要部分の変更例を一部断面
にて示す拡大図である。
【図４】この発明の照明装置の別の好適な実施例を一部
断面にて示す側面図である。
【図５】この発明の照明装置の他の好適な実施例を一部
断面にて示す側面図である。
【図６】図５の照明装置に用いるミラーの側面図であ
る。
【図７】図６のミラーを上から見た端面図である。
【図８】この発明の照明装置の変更した構成を一部断面
にて示す側面図である。
【符号の説明】
１０ 光ガイド １２ 出力端 １６ 反射面 ２０ ミラー ２２、２４ 平面ミラー ３０ レンズ ３２ 焦点 ５０ 平面ミラー ６０ ミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 6/00 ３３１ Ｇ０２Ｂ 6/00 ３３１

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源からの光出力を光源から遠く離れた
    位置まで伝送する照明装置において、 光源から光を受け取り、その光を遠隔位置にある出力端
    まで伝搬する細長い光ガイドと、 前記光ガイドの出力端から光を受け取り、その光を所定
    のパターンに集束するアセンブリであって、（ｉ）前記
    光ガイドの出力端から光を受け取り、その光を所望の位
    置に向かって配向しなおすミラー、（ｉｉ）前記出力端
    から離れた位置に焦点を有し、前記ミラーから光を受け
    取る湾曲反射面、および（ｉｉｉ）前記反射面から光を
    受け取り、前記所定のパターンを生成するレンズを含む
    アセンブリとを備え、 前記ミラーが、互いに対して所定の角度で配置された第
    １および第２鏡面を含んでいることを特徴とする照明装
    置。
  2. 【請求項２】 さらに前記光ガイドの出力端と前記レン
    ズとの間にマスクが介在配置されており、このマスクが
    選択的に、前記アセンブリから放出される光の少なくと
    も一部を阻止するロービーム状態、またそれより多量の
    光を前記アセンブリから放出させるハイビーム状態を実
    現する請求項１に記載の照明装置。
  3. 【請求項３】 光源からの光出力を光源から遠く離れた
    位置まで伝送する照明装置において、 光源から光を受け取り、その光を遠隔位置にある出力端
    まで伝搬する細長い光ガイドと、 前記光ガイドの出力端から光を受け取り、その光を所定
    のパターンに集束するアセンブリであって、（ｉ）前記
    光ガイドの出力端から光を受け取り、その光を所望の位
    置に向かって配向しなおすミラー、（ｉｉ）前記出力端
    から離れた位置に焦点を有し、前記ミラーから光を受け
    取る湾曲反射面、および（ｉｉｉ）前記反射面から光を
    受け取り、前記所定のパターンを生成するレンズを含む
    アセンブリとを備え、 前記ミラーが、前記光源からの光を４部分に分割する互
    いに直角な４面を有するロッド端により形成されている
    ことを特徴とする照明装置。
  4. 【請求項４】 光源からの光出力を光源から遠く離れた
    位置まで伝送する照明装置において、 光源から光を受け取る入力端を有し、その光を遠隔位置
    にある出力端まで伝搬する少なくとも１本の光ガイド
    と、 前記光ガイドの出力端から光を受け取る放物状反射面で
    あって、その光を当該放物状反射面の軸線とだいだい平
    行な方向に反射する放物状反射面と、 前記光ガイドの出力端と放物状反射面との間に介在配置
    され、光を放物状反射面に向けるミラーであって、前記
    光ガイドの出力端の像を前記放物状反射面の焦点と実質
    的に同じ位置に形成するミラーと、 前記放物状反射面から光を受け取り、その光を所定のパ
    ターンに配向するレンズとを含み、 前記ミラーが、互いに対して所定角度で配置されて、光
    を前記放物状反射面の両側半部に反射する第１および第
    ２ミラー部分を含むことを特徴とする照明装置。
  5. 【請求項５】 さらに、光が前記光ガイドを出る際に光
    を選択的に阻止するマスクを含み、前記マスクが、電界
    が加えられると機械的に変形する圧電材料から形成さ
    れ、ハイビームに対応する第１状態でより多量の光を前
    記放物状反射面に到達させ、またロービームに対応する
    第２状態でより少量の光を前記放物状反射面に到達させ
    る請求項４に記載の照明装置。
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