JP3390412B2 - ヘッドランプ - Google Patents

ヘッドランプ

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
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    • F21S41/337—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature the reflector having a structured surface, e.g. with facets or corrugations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/02—Combinations of only two kinds of elements
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヘッドランプに関
し、より具体的には、高効率を維持して小型化をはかっ
たヘッドランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のヘッドランプは、次の方式により
構成されていた。 （ａ）放物面の焦点付近に配置されたフィラメントから
発せられた光は四方に広がり、放物面で反射されて平行
光線を形成する。この平行光線を前方レンズにより所望
の配光パターンにする。 （ｂ）フィラメントから発せられた光は、マルチサーフ
ェスミラーにより所望の配光パターンにされて前方に投
射される。前方レンズは単にカバーの役割をする。この
マルチサーフェスミラーは、各部分がフィラメントから
入射された光を所定の方向に反射し、各部分の集合によ
って所望の配光パターンが得られるように、各部分の大
きさおよび角度配置が決められている。
【０００３】上記のヘッドランプで最も問題となるの
は、効率である。とくに電源に電池等を用いる場合に
は、使用可能時間を長くするためにも、高効率の追求が
重要となる。ここで、ヘッドランプの効率とは、電球か
ら放射される全光束のうち、目的とする場所に届いた光
束の全光束に対する比率をいう。すなわち、配光の乱れ
等によって目的としない場所に配光される光は、効率に
寄与しない無駄な光となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ヘッドランプの小型化
において、大きな障害になるのが、上記配光の乱れの増
大に起因する効率の低下である。ヘッドランプの幅と深
さが決まれば、その中に収納される反射鏡は決まる。こ
の反射鏡の焦点付近にフィラメントを配置するが、反射
鏡が小型化され、その焦点距離が短くなると、フィラメ
ントの上記焦点からずれた部分からの光は意図したとお
りに放射されず、効率を低下させる。すなわち、小型化
すると、同じフィラメントの大きさであっても、フィラ
メントの焦点からずれた部分のずれの程度が大きくな
り、配光の乱れが拡大される。
【０００５】この小型化にともなう配光の乱れの拡大
は、マルチサーフェスミラーを用いることによって、軽
減することができる。しかし、マルチサーフェスミラー
を用いても、小型化したヘッドランプの効率は十分高い
ものにはならない。このため、高い効率を保持した上で
小型化したヘッドランプの開発が望まれてきた。
【０００６】そこで、本発明は、十分高い効率を得るこ
とができる小型化したヘッドランプ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】本発明の第１の局面のヘ
ッドランプは、前方に光を投射するヘッドランプであっ
て、光源と、光源の側周部を取り囲み、光源から入射し
た光を透過させる筒状集光レンズと、光源および筒状集
光レンズを後方側から囲んで、筒状集光レンズを透過し
た光を前方へ反射する反射鏡とを備え、筒状集光レンズ
が円筒状凸レンズであり、円筒状の凸レンズが、円筒状
のフレネルレンズである（請求項１）。
【０００８】上記筒状集光レンズは光源から発した光が
広がらないように配置される。このため、光源から側周
部の方向に発した光は、筒状集光レンズによって発散の
程度を抑制され反射鏡にいたる。このため、光源から見
て同じ量の光束を側周部に発しても、筒状集光レンズが
配されていると、反射鏡の軸方向に沿った高さを短くす
ることができ、このため、反射鏡の前方端の径も小さく
することができる。すなわち、筒状集光レンズがなけれ
ば、同じ量の光束を反射する場合、反射鏡は光源と筒状
集光レンズの前方端部とを結ぶ線の延長線である小型化
基準線の位置までの大きさを有していなければならな
い。しかし、筒状集光レンズを配置することにより、反
射鏡は小型化基準線より後方の部分に位置する大きさで
すみ、発散を抑制された光を前方に反射することができ
る。
【０００９】この結果、効率の低下を生じることなく反
射鏡の大きさを大幅に小さくすることができる。なお、
上記の光源は、光を発すれば何でもよく、フィラメント
を有する電球でも、発光ダイオードのような発光体でも
よい。
【００１０】
【００１１】円筒状凸レンズを配置することにより、光
源から放射される光の発散の程度を抑制した光束とする
ことができる。また、フレネルレンズを用いることによ
り、レンズ厚みを薄くできるので、光源の周りの当該円
周状凸レンズや反射鏡の構成をコンパクトにし、小型化
に寄与することができる。
【００１２】上記本発明のヘッドランプでは、円筒状凸
レンズは、入射した光を平行光線として出射させる（請
求項２）。
【００１３】上記の発散を抑制された光が平行光線のと
き、前方に光を反射する反射鏡の面の設計を容易に行う
ことができる。したがって、小型化した上で、反射鏡に
よる配光パターンの設計がしやすくなる。なお、円筒状
凸レンズの焦点に光源を位置することにより、円筒状凸
レンズを透過した光は平行光線となる。
【００１４】
【００１５】フレネルレンズを用いることにより、レン
ズ厚みを薄くできるので、光源の周りの当該円周状凸レ
ンズや反射鏡の構成をコンパクトにし、小型化に寄与す
ることができる。
【００１６】上記本発明の第１の局面のヘッドランプで
は、反射鏡が、各部分が入射された光を所定の方向に反
射し、各部分の集合によって所望の配光パターンが得ら
れるように、各部分の大きさおよび角度配置が決められ
ている、マルチサーフェスミラーである（請求項３）。
【００１７】上記マルチサーフェスミラーの使用によ
り、前方への配光パターンを広い範囲内で変えることが
でき、その配光パターンのうちから所定の配光パターン
を選択して設定することが可能となる。
【００１８】上記本発明の第１の局面のヘッドランプで
は、光源の前方に前方レンズを備え、当該前方レンズは
互いに異なる光透過特性を有する２つ以上の部分を備え
る（請求項４）。
【００１９】この異なる光透過特性を付与することによ
り、前方レンズによって配光パターンの細かい部分まで
設計することができる。なお、光透過特性は、前方レン
ズのその部分の厚み、両方の表面の曲率、その部分の屈
折率等によって調整することができる。上記のように小
型化したヘッドランプでは、例えばセンターレンズの大
きさが小さくても、光源からそのセンターレンズを見込
む立体角が大きくなるので、配光パターンにおけるセン
ターレンズの影響力を大きくすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に図面を用いて、本発明の実施
の形態について説明する。図１は本発明の一つの実施の
形態におけるヘッドランプの外観を示す斜視図である。
このヘッドランプ１０は、自転車に取り付けられ、セン
ターレンズ６を含む前方レンズ５から前方に光を投射す
る。
【００２１】図２は、図１のヘッドランプの部分の分解
図である。前方レンズ５は、センターレンズ６を含み、
前方レンズを筐体（図示せず）に取り付ける取付部１２
とともに一体成形されている。センターレンズ６は、バ
ー状レンズ６ｂと同心円状レンズ６ａとに分れている。
【００２２】上記前方レンズの後方には、マルチサーフ
ェスミラー３と、そのマルチサーフェスミラーによって
囲まれた円筒状凸レンズ２が配置されている。この円筒
状凸レンズには薄い厚さで十分な凸レンズの作用を有す
るように、フレネルレンズが用いられている。このフレ
ネルレンズ２の中には、フィラメント（図示せず）によ
って発光する光源１が挿し込まれる。この光源にはソケ
ット１１を経由して電力が供給される。
【００２３】図３は、ヘッドランプ稼動時の光源の周囲
を説明する断面図である。フィラメントは円筒の中心軸
線に直交する線の短い範囲で発光するように設計されて
おり、その短いフィラメントがフレネルレンズ２の焦点
に大略一致するように配置されている。フィラメントを
発した光２０ａは、円筒状凸レンズの焦点から発するの
で、その凸レンズであるフレネルレンズを透過した後
は、平行光線２０ｂとなる。この平行光線は、前方に放
射される角度をもって配置されたマルチサーフェスミラ
ー３によって、反射され反射光２０ｃとして前方に投射
される。図３においては、前方に少し広がるように投射
されている。このような円筒状凸レンズを用いることに
より、広い範囲にわたって反射鏡を設けることなく、高
効率を確保したうえで小型化を推進することが可能とな
る。
【００２４】図４は、反射鏡にマルチサーフェスミラー
を用いずに、通常の円錐状反射鏡１３を用いた場合の光
源の周囲を示す図である。光源１から四方に放射された
光２０ａは、円筒状フレネルレンズを透過した後、平行
光線２０ｂとなり、円錐状ミラー１３によって反射して
前方に平行光線束２０ｃとして投射される。
【００２５】図５は、上記円筒状凸レンズを用いた本願
発明の反射鏡と、円筒状凸レンズを用いない従来のヘッ
ドランプにおける反射鏡との大きさを比較する図であ
る。ただし、両者は同量の光束を反射鏡で反射して前方
に投射するように設計されている。円筒状凸レンズを用
いずに同量の光束を反射する場合、反射鏡は、光源１と
円筒状凸レンズの前方端とを結ぶ小型化基準線１８まで
の大きさを必要とする。しかし、上記円筒状凸レンズを
用いて発散の程度を抑制した平行光線を出射させるの
で、本発明の反射鏡は、上記小型化基準線より後方に位
置する大きさでよい。発散の程度を強く抑制すれば抑制
の程度に応じて反射鏡を小さくすることができるが、あ
まり小さくすると反射鏡の寸法精度を高める必要性が高
くなるので、発散が抑制された光として平行光線を出射
するのが望ましい。平行光線は意図する配光パターンを
形成するための反射鏡の面の設計も容易にする。
【００２６】本発明を用いることにより、同じ効率で、
反射鏡の深さは従来の３分の１程度に小さくなり、幅は
７分の４程度に小さくなる。したがって、反射鏡を収納
する直方体の容積は、従来の１割程度に小さくなる。こ
の小型化の程度は、画期的なものである。
【００２７】次に、前方レンズに設けられたセンターレ
ンズ６について説明する。図６は、センターレンズの正
面図であり、図７はその縦断面図である。センターレン
ズ６は，上部のバー状凸レンズ６ｂと、下部の同心円状
のフレネルレンズ６ａとに分れている。図８は、上記セ
ンターレンズ６が設けられた前方レンズ５を前方から視
た正面図である。
【００２８】図９は、この図８のＣ-Ｃ断面図を示す図
である。図９において、光源は同心円状フレネルレンズ
６ａの焦点に配置される。図９によれば、センターレン
ズ６の上部のバー状レンズを通った光は、前方に投射さ
れながら、上方に広がっている。一方、センターレンズ
６の下部を通る光は、平行光線となって前方に投射され
る。
【００２９】また、図１０は、図８におけるＤ-Ｄ断面
図であり、図１１は、図８におけるＢ-Ｂ断面図であ
る。バー状レンズ６ｂを通過した光は、平面的にも前方
に広がって投射されることが分る。また、同心円状フレ
ネルレンズを通過した光は、平面的にも、広がらずに平
行光線束として前方に投射される。
【００３０】上記の透過特性の相違する各部分を有する
センターレンズを設けることにより、実現できる配光の
自由度を大きく拡大することができる。例えば、自転車
走行の前方のみを限定して遠く照明しながら、走行車線
が隣の車線となる対向車の運転者が受けるまぶしさを軽
減することができる。
【００３１】上記の前方レンズは、上記ヘッドランプの
自転車への取付位置に応じて、または所望の配光パター
ンに応じて、同心円状フレネルレンズとバー状レンズと
を天地逆にして、取り付けてもよい。
【００３２】上記において、本発明の実施の形態につい
て説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形
態はあくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明
の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請
求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲
の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含
むものである。
【００３３】
【発明の効果】本発明のヘッドランプは、円筒状凸レン
ズを光源の周囲に配することにより、反射鏡を大幅に小
型化することができ、このため高効率で小型化されたヘ
ッドランプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるヘッドランプの
外観を示す斜視図である。
【図２】 図１に示すヘッドランプの部分の分解図であ
る。
【図３】 本発明の実施の形態におけるヘッドランプの
光源の周囲の光線の光路を説明する図である。
【図４】 本発明の実施の形態において反射鏡に円錐状
反射鏡を用いた場合の光源の周囲の光線の光路を説明す
る図である。
【図５】 図４のヘッドランプの円錐状反射鏡を従来の
ヘッドランプの反射鏡と比較した図である。
【図６】 図１のヘッドライトのセンターレンズの正面
図である。
【図７】 図１のヘッドライトのセンターレンズの縦断
面図である。
【図８】 図１のヘッドライトの前方レンズの正面図で
ある。
【図９】 図８におけるＣ-Ｃ断面図である。
【図１０】 図８におけるＤ-Ｄ断面図である。
【図１１】 図８におけるＢ-Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１ 光源、２ 円筒状フレネルレンズ、３ マルチサー
フェスミラー、５ 前方レンズ、６ センターレンズ、
６ａ 同心円状フレネルレンズ、６ｂ バー状レンズ、
１１ 光源ソケット、１２ 取付部、１３ 円錐状反射
鏡、１１３ 従来の円錐状反射鏡、１６ａ 同心円状フ
レネルレンズを透過する光線、１６ｂバー状レンズを透
過する光線、１８ 小型化基準線、２０ａ 光源から発
した光、２０ｂ 円筒状凸レンズで発散の程度を抑制さ
れた光、２０ｃ 反射鏡で反射された光。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ // Ｆ２１Ｗ 101:10 Ｆ２１Ｙ 101:00 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F21S 8/10 F21S 8/12 F21V 5/00 F21V 7/09 F21V 13/00 F21W 101:10

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 前方に光を投射するヘッドランプであっ
    て、 光源と、 前記光源の側周部を取り囲み、前記光源から入射した光
    を透過させる筒状集光レンズと、 前記光源および筒状集光レンズを後方側から囲んで、前
    記筒状集光レンズを透過した光を前方へ反射する反射鏡
    とを備え、 前記筒状集光レンズが円筒状凸レンズであり、 前記円筒状の凸レンズが、円筒状のフレネルレンズであ
    る、ヘッドランプ。
  2. 【請求項２】 前記円筒状凸レンズは、前記入射した光
    を平行光線として出射させる、請求項１に記載のヘッド
    ランプ。
  3. 【請求項３】 前記反射鏡が、各部分が入射された光を
    所定の方向に反射し、各部分の集合によって所望の配光
    パターンが得られるように、各部分の大きさおよび角度
    配置が決められている、マルチサーフェスミラーであ
    る、請求項１または２に記載のヘッドランプ。
  4. 【請求項４】 前記光源の前方に前方レンズを備え、当
    該前方レンズは互いに異なる光透過特性を有する２つ以
    上の部分を備える、請求項１〜３のいずれかに記載のヘ
    ッドランプ。
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