JP3132302B2

JP3132302B2 - フレネルプリズムレンズ

Info

Publication number: JP3132302B2
Application number: JP06260402A
Authority: JP
Inventors: 精宏秋山
Original assignee: Ichikoh Industries Ltd
Current assignee: Ichikoh Industries Ltd
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 2001-02-05
Anticipated expiration: 2016-02-05
Also published as: JPH08122506A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用灯具の光源バル
ブの前方に配置されるフレネル形のプリズムレンズに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、車両用灯具に用いられるフレネ
ル形のプリズムレンズであって、中央部に屈折系フレネ
ルプリズムが設けられるとともに周辺部に反射系フレネ
ルプリズムが設けられた従来例を示す正面図である。図
の点Ｚは、当該車両用灯具の光軸位置を示しており、該
光軸は紙面と直交している。そして、屈折系フレネルプ
リズム１ａも、反射系フレネルプリズム１ｂも、前記の
点Ｚを中心とする同心円状をなしている。そして、上記
の屈折系フレネルプリズム１ａおよび反射系フレネルプ
リズム１ｂは、レンズの片側の面に形成されており、他
方の面は自由曲面をなしている。上記自由曲面は、この
レンズを用いた灯具が装着される車両の意匠的デザイン
に合わせた曲面に設定される。本発明において自由曲面
とは、例えば円錐面や回転放物面などのように立体幾何
学的に定義されない曲面を言うものとする。

【０００３】図４は、片面が自由曲面をなすとともに、
他方の面に反射系フレネルプリズムを設けたフレネルプ
リズムレンズの断面図に、光軸Ｚおよび光源バルブを付
記した図である。光源バルブ２から出射した矢印Ｖ₀方
向の光は、反射系フレネルプリズム１ｂの点ａで入射面
３に入射し、矢印Ｖ₁方向に屈折して進行し、反射面４
の点ｂで反射して矢印Ｖ₂方向に進行して、自由曲面５
に到達し、点ｃで屈折して矢印Ｖ₃方向に出射する。こ
の矢印Ｖ₃の出射方向は、当該灯具に必要な配光パター
ンを形成するよう、設計的に定められる。詳しくは、こ
の矢印Ｖ₃が所望の方向となるように、入射面３や反射
面４の形状が設計計算によって定められる。図５は、前
掲の図４に断面を示した構成部分を模式的に描くととも
に光路矢印を付記した斜視図である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図３に正面図を示した
フレネルプリズムレンズが平板状をなしている場合に
は、前記反射系フレネルプリズム１ｂを加工するについ
て格別の困難は無いが、いわゆる回り込み部を有するフ
レネルプリズムレンズ、すなわち自由曲面フレネルプリ
ズム式のレンズにおいては、次に述べるような加工技術
上の問題が有る。図６は自由曲面フレネルプリズム式の
レンズにおける技術的課題を説明するために示したもの
で、（Ａ）は光路矢印を付記した模式的な斜視図、
（Ｂ）は実際の加工方法を表す模式的な説明図、（Ｃ）
は設計計算における入射面と反射面との関係を表した模
式的な説明図である。（Ａ図参照）自由曲面フレネルプ
リズム式のレンズ１は、湾曲した回り込み部１ｃを有
し、ランプハウジング（図示省略）に装着されて車両用
灯具を構成する部材である。Ｚは、この灯具の光軸を表
し、その上に光源バルブ２が位置している。１ａは、先
に図３について説明した屈折系フレネルプリズムであ
り、その周囲は反射系フレネルプリズムである。前述し
た回り込み部１ｃに位置している反射系フレネルプリズ
ムの一部分１ｂ′について考察するに、前掲の図４，図
５に表されているように、反射系フレネルプリズムのプ
リズム素子は、入射面３と反射面４とが角度を有して対
向している。いま仮に、回り込み部の無い平板状の反射
系フレネルプリズムのプリズム素子について、その設計
手法を（Ｂ）図について述べると、光軸Ｚ上の点６を加
工中心として、加工同心円７ａ，７ｂを設定し、これに
沿って入射面３と反射面４とを配設すれば良い。ところ
が、（Ａ）図に示したような回り込み部１ｃは光軸Ｚに
対して直交していないので、（Ｂ）図に示したような平
板状プリズムレンズと同様にして入射面３，反射面４を
配設しても、出射光Ｖ₄（Ａ図）は所望の方向に向かわ
ない。図７は前掲の図６に示したプリズム素子を斜視図
として描いた物であって、本図７（Ａ）は図６（Ｂ）
に、本図７（Ｂ）は図６（Ｃ）に、それぞれ対応してい
る。

【０００５】そこで、回り込み部１ｃを有するフレネル
プリズムレンズ（すなわち自由曲面フレネルプリズム式
のレンズ）においては、（Ｃ）図に示すように、入射面
の加工中心と反射面の加工中心とを一致させることな
く、入射面専用の加工中心６′を定めて、該加工中心と
する加工同心円７ａに沿って入射面３を配設するととも
に、これと非同心の円周７ｃに沿わせて反射面４′を配
設しなければならない。ここに、（Ｃ）図に示した円弧
７ａを加工同心円と呼ぶのは、フレネル形のプリズムを
構成する多数の円形プリズム素子のそれぞれが入射面を
有していて、多数の入射面が同心円状に並んでいるから
である。ところが、プリズムレンズを成形するための金
型を加工する際、入射面と反射面とをそれぞれ非同心の
円に沿わせて加工することは、工業的採算ベースで実施
することが出来ない。

【０００６】本発明は上述の事情に鑑みて為されたもの
であって、所望の配光特性を得ることができ、経済的に
生産することのできる自由曲面フレネルプリズム式のレ
ンズを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに創作した本発明の基本的原理について、その実施例
に対応する図１を参照して略述すると、屈折系フレネル
プリズム１ａの加工中心８が位置している光軸Ｚから離
れた所に反射系フレネルプリズムの加工中心９を設定す
るとともに、該加工中心９を中心とする加工同心円１０
ａ〜１０ｇを設定し、これらの加工同心円に沿わしめて
入射面１１および反射面１２を配設する。上記の加工同
心円１０ａ〜１０ｇは、図６（Ｃ）について説明した反
射面４´を配設するための非同心円７ｃとほぼ一致せし
めるよう、設計計算によって設定する。以上に説明した
原理に基づく具体的な手段として本発明に係るフレネル
プリズムレンズは、車両用灯具のレンズであって、片面
が自由曲面で、他方の面にフレネルプリズムが設けられ
ており、かつ、上記フレネルプリズムレンズの中央部が
屈折系フレネルプリズム、周辺部が反射系フレネルプリ
ズムになっているものを加工する場合、前記の屈折系フ
レネルプリズムは、灯具の光軸との交点付近を加工中心
として同心円状に加工し、かつ、前記の反射系フレネル
プリズムは、加工同心円の接線の方向が、設計計算上の
反射面の方向とほぼ一致するように加工中心を設定して
加工する。このような設計計算を筆算しようとすると膨
大な時間と労力を要するので事実上不可能に近いが、コ
ンピュータを利用することによって経済的に行い得る。

【０００８】以上に述べた原理に基づいて創作した本発
明のプリズムレンズの構成は、車両用灯具のレンズであ
って、片面が自由曲面で、他方の面にフレネルプリズム
が設けられており、かつ、上記フレネルプリズムは中央
部が屈折系フレネルプリズム、周辺部が反射系フレネル
プリズムになっているものにおいて、前記の屈折系フレ
ネルプリズムは、灯具の光軸との交点付近を加工中心と
する同心円状をなし、かつ、前記の反射系フレネルプリ
ズムは、上記光軸との交点から離れた点を中心とする同
心円状をなしていることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明によると、反射系フレネルプリズムのプ
リズム素子を構成する入射面と反射面とが同一の加工中
心を有しているので、従来技術に比して何らの困難無く
該反射系フレネルプリズムを成形するための金型を加工
することができる。しかも、上記反射系フレネルプリズ
ムの加工中心を光軸上に置くことなく、屈折系フレネル
プリズムの加工同心円に対して非同心の「設計計算上の
反射面を配置すべき円弧」にほぼ沿わせて配設してある
ため、レンズの回り込み部を形成している自由曲面の影
響が著しく軽減され、該反射系フレネルプリズムを通過
して出射する光の方向を所望の方向ならしめることがで
きる。従って、設計仕様として与えられた配光パターン
を容易に形成することができ、車両用灯具としての商品
価値を高める。

【００１０】本発明に係るフレネルプリズムレンズは上
述のようにして製造され、その屈折系フレネルプリズム
が光軸付近を加工中心とする同心円状をなすとともに、
その反射系フレネルプリズムは上記屈折系フレネルプリ
ズムに対して非同心をなすことになる。このように屈折
系フレネルプリズムと反射系フレネルプリズムとが異心
状をなす車両用灯具のフレネルプリズムレンズは、従来
技術においては考えられなかったところであるが、本発
明のフレネルプリズムレンズはこのような全く新規な構
成とすることによって自由曲面の悪影響を著しく軽減し
て高品質の配光特性が得られ、しかも容易かつ安価に構
成することができる。

【００１１】

【実施例】次に、図１および図２を順次に参照しつつ、
本発明の実施例を説明する。図１は本発明に係るフレネ
ルプリズムレンズの構成およびその加工方法を説明する
ために、光軸と平行な方向に見たところを模式的に描い
た説明図である。ただし、模式化してあるため各構成部
分の寸法比率は必ずしも本実施例を写実的に表していな
い。

【００１２】設計計算により、以下に詳述するようにし
て、反射系フレネルプリズムの加工中心９を求め、この
中心点９を中心とする多数の加工同心円１０ａ〜１０ｇ
を設定し、この加工同心円に沿わしめて入射面１１と反
射面１２とを設定して加工を行なう。本図に示した８は
屈折系フレネルプリズムの加工中心であって、光軸Ｚと
ほぼ一致している。しかし、反射系フレネルプリズムの
加工中心９は下記のようにして独立に設定するので、光
軸Ｚから離れて位置している。

【００１３】図１に示した実施例における反射系フレネ
ルプリズムの加工同心円１０ｃは、これを概要的に見る
と図６（Ｃ）について述べた非同心円７ｃに類似してい
る。すなわち、自由曲面をなす回り込み部に設けられる
反射系フレネルプリズムの反射面４´を沿わせるように
設計計算された非同心円７ｃと類似している。ただし、
厳密には異なっている。この理由は次のごとくである。
図６（Ｃ）の設計計算では、入射面３と反射面４´との
それぞれを互いに独立に設定しているが、図１の実施例
では反射面１２を加工同心円１０ｃに沿わせるととも
に、入射面１１を上記反射面１２に隣接せしめている。
このため、図６（Ｃ）の入射面３と図１の入射面１１と
は類似の構成部分ではあるが同一の構成部分ではない。
従って、本実施例の反射面１２を配設するために加工同
心円１０ｃを設計的に定めるときは、これに隣接する入
射面１１に与える影響を軽減するため、いわゆる折り合
いを求めて反射系フレネルプリズムの加工中心９を定め
る。その結果、本発明における反射系フレネルプリズム
の加工同心円の一部分を局部的に考察すると、その同心
円弧の方向が、設計計算上の反射面の方向とほぼ一致す
ることになる。ここに同心円弧の方向とは、加工同心円
の一部を採り上げて見ているので、その円弧を直線と見
做して該直線の方向を称しているものである。幾何学的
に厳密に言うならば、加工同心円の接線方向の意であ
る。図２は、上掲の図１に示した実施例の加工方法を適
用して加工された、本発明に係る車両用灯具のフレネル
プリズムレンズの１例を光軸方向に見て描いた外観正面
図である。本発明に係るフレネルプリズムレンズ１３の
外見的特徴は、中央部に設けられている屈折系フレネル
プリズム１３ａの同心円に対して、周辺部に設けられて
いる反射系フレネルプリズム１３ｂの同心円が偏心して
あることである。

【００１４】

【発明の効果】本発明のフレネルプリズムレンズは、そ
の反射系フレネルプリズムのプリズム素子を構成する入
射面と反射面とが同一の加工中心を有しているので、従
来技術に比して何らの困難無く該反射系フレネルプリズ
ムを形成するための金型を加工することができる。しか
も、上記反射系フレネルプリズムの加工中心を光軸上に
置くことなく、屈折系フレネルプリズムの加工同心円に
対して非同心の「設計計算上の反射面を配置すべき円
弧」にほぼ沿わせて配設してあるため、レンズの回り込
み部を形成している自由曲面の影響が著しく軽減され、
該反射系フレネルプリズムを通過して出射する光の方向
を所望の方向ならしめることができる。従って、設計仕
様として与えられた配光パターンを容易に形成すること
ができ、車両用灯具としての商品価値を高める。

【００１５】前記のようにして加工されたフレネルプリ
ズムレンズは、その屈折系フレネルプリズムが光軸付近
を加工中心とする同心円状をなすとともに、その反射系
フレネルプリズムは上記屈折系フレネルプリズムに対し
て非同心をなすことになる。このように屈折系フレネル
プリズムと反射系フレネルプリズムとが異心状をなす車
両用灯具のフレネルプリズムレンズは、従来技術におい
ては考えられなかったところであるが、本発明のフレネ
ルプリズムレンズはこのような全く新規な構成とするこ
とによって自由曲面の悪影響を著しく軽減して高品質の
配光特性が得られ、しかも本発明の方法を適用すること
によって容易かつ安価に構成することができるという優
れた実用的効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るフレネルプリズムレンズの構成お
よびその加工方法を説明するために、光軸と平行な方向
に見たところを模式的に描いた説明図である。ただし、
模式化してあるため各構成部分の寸法比率は必ずしも本
実施例を写実的に表していない。

【図２】上揚の図１に示した実施例の加工方法を適用し
て加工された、本発明に係る車両用灯具のフレネルプリ
ズムレンズの１例を光軸方向に見て描いた外観正面図で
ある。

【図３】車両用灯具に用いられるフレネル形のプリズム
レンズであって、中央部に屈折系フレネルプリズムが設
けられるとともに周辺部に反射系フレネルプリズムが設
けられた従来例を示す正面図である。

【図４】片面が自由曲面をなすとともに、他方の面に反
射系フレネルプリズムを設けたフレネルプリズムレンズ
の断面図に、光軸Ｚおよび光源バルブを付記した図であ
る。

【図５】前掲の図４に断面を示した構成部分を模式的に
描くとともに光路矢印を付記した斜視図である。

【図６】自由曲面フレネルプリズム式のレンズにおける
技術的課題を説明するために示したもので、（Ａ）は光
路矢印を付記した模式的な斜視図、（Ｂ）は実際の加工
方法を表す模式的な説明図、（Ｃ）は設計計算における
入射面と反射面との関係を表した模式的な説明図であ
る。

【図７】前掲の図６に示したプリズム素子を斜視図とし
て描いたものであって、本図７（Ａ）は図６（Ｂ）に、
本図７（Ｂ）は図６（Ｃ）に、それぞれ対応している。

【符号の説明】

１…自由曲面を有するフレネルプリズムレンズ、１ａ…
屈折系フレネルプリズム、１ｂ…反射系フレネルプリズ
ム、１ｂ′…反射系フレネルプリズム１ｂの一部分、１
ｃ…回り込み部、２…光源バルブ、３…入射面、４，
４′…反射面、５…自由曲面、６…入射面と反射面とに
共通する加工中心、６′…入射面専用の加工中心、７
ａ，７ｂ…加工同心円、８…屈折系フレネルプリズムの
加工中心、９…反射系フレネルプリズムの加工中心、１
０ａ〜１０ｇ…加工同心円、１１…入射面、１２…反射
面、Ｚ…灯具の光軸。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両用灯具のレンズであって、片面が自
由曲面で、他方の面にフレネルプリズムを設けられてお
り、かつ、上記フレネルプリズムの中央部が屈折系フレ
ネルプリズム、周辺部が反射系フレネルプリズムになっ
ているものにおいて、前記の屈折系フレネルプリズムは、灯具の光軸との交点
付近を加工中心とする同心円状をなし、かつ、前記の反
射系フレネルプリズムは、上記光軸との交点から離れた
点を中心とする同心円状をなしていることを特徴とす
る、フレネルプリズムレンズ。