JP4154651B2 - 灯具及び投影レンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の前部に設けられた前照灯，補助前照灯あるいは各種信号灯等として使用される車両用灯具等の灯具及びこれに使用される投影レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような自動車の前照灯は、例えば図１１に示すように、構成されている。
即ち、図１１において、前照灯１は、光源２と、光源２からの光を前方に向かって反射させる反射面３と、光源２または反射面３からの光を集束させる投影レンズ４と、投影レンズ４を覆うように光軸上に配置された前面レンズ５と、から構成されている。
【０００３】
ここで、上記反射面３は、例えば光源２付近に第一焦点を有する楕円反射面から構成されている。
また、上記投影レンズ４は、反射面３の第二焦点付近に焦点を有する凸レンズから構成されている。
【０００４】
このような構成の前照灯１によれば、光源２から出射した光が、直接にまたは反射面３で反射されて投影レンズ４に入射し、投影レンズ４によって集束されることにより、前面レンズ５を介して前方に向かって照射され、所定の配光特性を構成するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構成の前照灯１においては、投影レンズ４は、その出射面である前面が凸状の非球面から形成されていると共に、その入射面である後面が光軸に垂直な平面から形成されている。
このため、光源または反射面で反射されて投影レンズの入射面に入射する光の利用効率が比較的低くなり、前方に照射される照明光の照度が比較的低く成ってしまう。
また、このような投影レンズ４を使用した所謂プロジェクタ型の車両用灯具１においては、その外観意匠が画一的で変化がなく、また前面の凸状の非球面も真円型から脱却することができない。従って、商品性及び新規性に乏しいという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、光の利用効率を向上させると共に、斬新なデザインで、商品性及び新規性を向上させるようにした、車両用灯具及び投影レンズを提供することを目的としている。
【０００７】
上記目的は、本発明の第一の構成によれば、光源と、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するように配置された楕円反射面から成る反射面と、その焦点が上記反射面の第二の焦点位置付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するように配置された出射面が非球面から成る１つの焦点を持つ投影レンズと、を含んでいる、灯具において、上記投影レンズの入射面が、光軸に対して直交な中心軸を持つ円柱の一部よりなり、光源側に向って凹状に形成されていることを特徴とする、灯具により達成される。
【０００８】
本発明による車両用灯具は、好ましくは、上記円柱面が、投影レンズの光軸に直交な軸の周りに旋回されることにより、光軸に対して傾斜している。
【０００９】
本発明による車両用灯具は、好ましくは、光源と、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するように配置された楕円反射面から成る反射面と、その焦点が上記反射面の第二の焦点位置付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するように配置された出射面が非球面から成る１つの焦点を持つ投影レンズと、を含んでいる、灯具において、上記投影レンズの入射面が、光源側に向って凹状の球面、トロイダル面、回転楕円面等の二次曲面または自由曲面から構成されている。
【００１０】
本発明による車両用灯具は、好ましくは、上記投影レンズの出射面の頂点位置が、レンズの焦点を含む光軸から離れている。
【００１１】
また、上記目的は、本発明の第二の構成によれば、光源と、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するように配置された楕円反射面から成る反射面と、その焦点が上記反射面の第二の焦点位置付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するように配置された出射面が非球面から成る１つの焦点を持つ投影レンズと、を含んでいる、灯具における投影レンズであって、上記入射面が、光軸に対して直交な中心軸を持つ円柱の一部よりなり、光源側に向って凹状に形成されていることを特徴とする、投影レンズにより達成される。
【００１２】
本発明による投影レンズは、好ましくは、上記円柱面が、投影レンズの光軸に直交な軸の周りに旋回されることにより、光軸に対して傾斜している。
【００１３】
本発明による投影レンズは、光源と、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するように配置された楕円反射面から成る反射面と、その焦点が上記反射面の第二の焦点位置付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するように配置された出射面が非球面から成る１つの焦点を持つ投影レンズと、を含んでいる、灯具において、上記投影レンズの入射面が、光源側に向って凹状の球面、トロイダル面、回転楕円面等の二次曲面または自由曲面から構成されていることを特徴とする、投影レンズにより達成される。
【００１４】
本発明による投影レンズは、好ましくは、上記投影レンズの出射面の頂点位置が、レンズの焦点を含む光軸から離れている。
【００１９】
上記第一及び第二の構成によれば、光源から出射した光が、直接にまたは反射面で反射されて投影レンズに入射し、投影レンズによって集束されることにより、前方に向かって照射される。
【００２０】
その際、投影レンズの入射面が、光源側に向かって凹状に形成されているので、光源または反射面から投影レンズに入射する光の利用効率が向上することになり、投影レンズから前方に向かって照射される照明光の照度がより高くなり、より良好な視認性が得られることになる。
【００２１】
また、投影レンズの入射面が、光軸に垂直な平面から構成されていないことにより、前方から見た投影レンズの外縁の形状が真円ではなく、非回転対称の形状となることから、新規なデザインとなり、商品性及び新規性が向上することになる。
さらに、投影レンズの出射面の外縁が、入射面の形状に従って変化し得ることから、車両用灯具が搭載される自動車の形状に合わせて投影レンズを覆うように配置された前面レンズの形状に対応して、投影レンズの外形が適宜に調整され得るので、前面レンズの形状と一体感のある形状の投影レンズを構成することが可能となる。
【００２２】
上記投影レンズの入射面が、光源側に向かって凹状の円柱面から構成されている場合には、前方から見た投影レンズの外縁形状が、真円ではなく、ほぼ楕円形状になり、新規なデザインが得られることになる。
【００２３】
上記円柱面が、投影レンズの光軸の周りに旋回されることにより、水平方向に対して傾斜している場合には、前方から見た投影レンズのほぼ楕円の外縁形状が、水平方向に対して斜めに延びることになり、より一層新規なデザインが得られることになる。
【００２４】
上記円柱面が、投影レンズの光軸に垂直な軸の周りに旋回されることにより、光軸に対して傾斜している場合には、投影レンズの入射面が全体として光軸に対して斜めに延びることになり、前方から見た投影レンズの外縁形状が、より一層真円から外れることになり、より一層斬新なデザインが得られることになる。
【００２５】
上記投影レンズの入射面が、光源側に向かって凹状の球面，トロイダル面，回転楕円面または自由曲面系から構成されている場合には、前方から見た投影レンズの外縁形状が、真円ではなく、対応した楕円等の種々の形状になり、新規なデザインが得られることになる。
【００２６】
上記二次曲面の中心点が、投影レンズの光軸から外れている場合には、投影レンズの入射面が全体として光軸に対して斜めに延びることになり、前方から見た投影レンズの外縁形状が、より一層真円から外れることになり、より一層斬新なデザインが得られることになる。
【００２７】
このようにして、本発明によれば、投影レンズの入射面が光源側に向かって凹状に形成されていることにより、投影レンズに入射する光利用効率が向上すると共に、投影レンズの前方から見た外縁形状が真円でなく楕円形状等の異型形状になるので、斬新なデザインとなり、商品性及び新規性が向上することになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図１乃至図１０を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００２９】
図１は、本発明による車両用灯具の第一の実施形態の構成を示している。
図１において、車両用灯具１０は、自動車の前照灯であって、光源としてのバルブ１１と、バルブ１１を包囲するように配置され、バルブ１１からの光を前方に向かって反射させる反射面１２と、バルブ１１の前方にてバルブ１１または反射面１２からの光を集束させる投影レンズ１３と、投影レンズ１３を覆うように光軸上に配置された前面レンズ１４と、から構成されている。
尚、前照灯の場合、実際には、バルブ１１から投影レンズ１３への光路中に、カットオフを形成するための遮光材料から成るシャッタ（図示せず）が配置されている。そして、このシャッタにより、バルブ１１から直接にまたは第一の反射面１２で反射された光の一部を遮断して、所謂カットオフを形成して、投影レンズ１３により投影される光の配光特性を、所謂すれ違いビームの配光特性となるように調整することができる。
【００３０】
上記バルブ１１は、一般に自動車の前照灯または補助前照灯に使用されるバルブであって、例えば白熱電球，ハロゲン電球，赤外線反射膜付きのハロゲン電球やメタルハライドランプ等の放電灯等のバルブが使用され、ソケットにより固定保持されると共に、給電されるようになっている。
【００３１】
上記反射面１２は、バルブ１１からの光を反射して、前方に向かって反射させて、投影レンズ１３に導くように、例えば前方に向かって凹状の楕円反射面として形成されている。
ここで、楕円反射面は、回転楕円面や、楕円面を基本とした自由曲面を含むものである。
そして、反射面１２は、その第一焦点が光源１１付近に位置すると共に、長軸が、光源１１の光軸に沿って配置されている。
【００３２】
上記投影レンズ１３は、バルブ１１の前方に延びる光軸上に配置された凸レンズであって、バルブ１１から直接にまたは反射面１２で反射された光を集束させて、前方に向かって照射する。
ここで、投影レンズ１３は、そのバルブ１１側の焦点が反射面１２の第二焦点付近に位置するように配置されている。
【００３３】
上記前面レンズ１４は、透光材料から構成されており、車両用灯具１０の光出射面全体を覆うように、自動車の前端部に形成され、配置されている。
【００３４】
ここで、上記投影レンズ１３は、その出射面となる前面１３ａが凸状の自由曲面から構成されていると共に、入射面となる後面１３ｂが、図１に示すように、バルブ１１側に向かって凹状の円柱面から形成されている。
この円柱面は、光軸に対して垂直に且つ水平方向に延びる軸を有しているので、投影レンズ１３は、光軸を通る垂直断面にて円弧形状を有し、且つ光軸を通る水平断面にて平坦形状を有している。
【００３５】
上記投影レンズ１３は、図２に示すようにして設計される。
即ち、図２（Ａ）において、先ず投影レンズ１３の後面１３ｂの形状及び材質（屈折率ｎ）と焦点位置Ｆそして出射光線Ｖｉｉｉが決定される。
ここで、焦点位置Ｆから放射状に出射する光線Ｖｉについて、順次に後面１３ｂとの交点Ｓにおける屈折を計算して、屈折光線Ｖｉｉを求める。
【００３６】
そして、投影レンズ１３の光軸上の厚さに対応して進んだ屈折光線Ｖｉｉの線分の先端を投影レンズ１３の前面１３ａ上の点Ｔとする。
これにより、点Ｔにおける屈折光線が前記出射光線Ｖｉｉｉとなるように、点Ｔにおける法線Ｖｎを逆算して求める。
【００３７】
このようにして、図２（Ｂ）に示すように、焦点Ｆから微小角度Δ毎に、光線Ｖｉ’について、投影レンズ１３の後面１３ｂで屈折した光線Ｖｉｉ’と前述した点Ｔにおける法線Ｖｎ平面の交点Ｔ’を、点Ｔに隣接する前面１３ａの表面上の点Ｔ’とする。
そして、この点Ｔ’から出射する屈折光線が前記出射光線Ｖｉｉｉとなるように、法線Ｖｎ’を逆算して求める。
以上の動作を繰返し行なうことにより、投影レンズ１３の前面１３ａの表面上の点Ｔ，Ｔ’・・・から成る点群ΣＴを求める。
この点群ΣＴが、求める投影レンズ１３の前面１３ａの形状となる。
【００３８】
本発明実施形態による車両用灯具１０は、以上のように構成されており、バルブ１１がソケットから給電されて発光することにより、バルブ１１の発光中心から出射した光Ｌは、直接にまたは反射面１２で反射されて、投影レンズ１３に入射し、投影レンズ１３によって集束されることにより、前面レンズ１４を介して前方に向かって照射され、その際シャッタ（図示せず）によりカットオフを形成されて、対向車に幻惑光を与えないように、対向車線側で照射距離が短く成るようにな所謂すれ違いビームの配光特性が得られる。
【００３９】
この場合、投影レンズ１３の入射面である後面１３ｂが、横方向に延びる軸を有する円柱面として構成されているので、前方から投影レンズ１３を見たとき、投影レンズ１３の外縁形状が横長の楕円形状となり、新規なデザインとなる。
また、投影レンズ１３の後面１３ｂが光源であるバルブ１１を包囲するように凹状に形成されているので、図３に示すように、バルブ１１または反射面１２からの光の入射効率即ち光の利用効率が向上し、より明るい配光特性が得られることになる。
さらに、投影レンズ１３の後面１３ｂが凹状に形成されていることから、図３に示すように、投影レンズ１３の前面１３ａから後面１３ｂまでのレンズ厚が減少すると共に、バルブ１１に対してより接近して配置され得る。これにより、投影レンズ１３が軽量化され、材料コストが低減され得ると共に、車両用灯具１０の全体が小型に構成され得る。
【００４０】
尚、上述した車両用灯具１０においては、投影レンズ１３の後面１３ｂは、光軸に対して垂直に且つ水平方向に延びる軸を有する円柱面から構成されているが、これに限らず、図４（Ａ）に示すように、円柱面の軸が水平方向に対して角度α（０度＜α＜９０度、図示の場合α＝３０度）だけ傾斜していてもよい。
これにより、投影レンズ１３を前方から見たときの外縁形状が、横長ではなく斜めに延びた楕円形状となるので、より一層斬新なデザインとなる。
【００４１】
これに対して、円柱面の軸は、図４（Ｂ）に示すように、光軸に対して垂直ではなく、前後方向に斜めに角度β（０度＜β＜４５度、図示の場合β＝３０度）だけ傾斜していてもよい。
これにより、同様に、投影レンズ１３を前方から見たときの外縁形状が、横長ではなく斜めに延びた楕円形状となると共に、投影レンズ１３の後面１３ｂが全体として斜めに形成されるので、より一層斬新なデザインとなる。
【００４２】
図５は、本発明による車両用灯具の第二の実施形態の構成を示している。
図５において、車両用灯具２０は、投影レンズ１３の後面１３ｂが回転楕円面から構成されている点を除いては、図１に示した車両用灯具１０とほぼ同じ構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００４３】
ここで、上記投影レンズ１３は、入射面となる後面１３ｂが、図５に示すように、バルブ１１側に向かって凹状の回転楕円面から形成されている。
この回転楕円面は、光軸に対して垂直に且つ水平方向に延びる長軸を有しているので、投影レンズ１３は、光軸を通る垂直断面にて円弧形状を有し、且つ光軸を通る水平断面にて楕円形状を有している。
【００４４】
このような構成の車両用灯具２０によれば、図１に示した車両用灯具１０の場合と同様に作用すると共に、投影レンズ１３の入射面である後面１３ｂが、横方向に延びる軸を有する回転楕円面として構成されているので、前方から投影レンズ１３を見たとき、投影レンズ１３の外縁形状が横長の楕円形状となり、新規なデザインとなる。
【００４５】
図６及び図７は、本発明による車両用灯具の第三の実施形態の構成を示している。
図６及び図７において、車両用灯具３０は、投影レンズ１３の後面１３ｂが球面から構成されている点を除いては、図１に示した車両用灯具１０とほぼ同じ構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００４６】
ここで、上記投影レンズ１３は、入射面となる後面１３ｂが、図６及び図７に示すように、バルブ１１側に向かって凹状の球面から形成されている。
この球面は、その曲率半径Ｒ１が比較的小さく、中心が投影レンズ１３の光軸から外れているので、投影レンズ１３の外縁形状は、真円から大きく外れて、異型に形成されることになる。
【００４７】
このような構成の車両用灯具３０によれば、図１に示した車両用灯具１０の場合と同様に作用すると共に、投影レンズ１３の入射面である後面１３ｂが、中心が光軸から大きく外れた球面として構成されているので、前方から投影レンズ１３を見たとき、投影レンズ１３の外縁形状が真円から大きく外れた異型形状となり、新規なデザインとなる。
この場合、後面１３ｂを構成する球面の中心が投影レンズ１３の光軸から大きく外れていることにより、投影レンズ１３の後面１３ｂは、全体として光軸に対して傾斜して形成されることになる。
【００４８】
図８は、本発明による車両用灯具の第四の実施形態の構成を示している。
図８において、車両用灯具４０は、投影レンズ１３の後面１３ｂがより大きな曲率半径の球面から構成されている点を除いては、図６及び図７に示した車両用灯具３０とほぼ同じ構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００４９】
ここで、上記投影レンズ１３は、入射面となる後面１３ｂが、図８に示すように、バルブ１１側に向かって凹状の球面から形成されている。
この球面は、その曲率半径Ｒ２が比較的大きく、中心が投影レンズ１３の光軸から外れているので、投影レンズ１３の外縁形状は、真円ではなく、ほぼ楕円形状に形成されることになる。
【００５０】
このような構成の車両用灯具４０によれば、図６及び図７に示した車両用灯具３０の場合と同様に作用すると共に、投影レンズ１３の入射面である後面１３ｂが、中心が光軸から外れた大きな曲率半径の球面として構成されているので、前方から投影レンズ１３を見たとき、投影レンズ１３の外縁形状がほぼ楕円形状となり、新規なデザインとなる。
この場合、後面１３ｂを構成する球面の中心が投影レンズ１３の光軸から外れていることにより、投影レンズ１３の後面１３ｂは、全体として光軸に対して傾斜して形成されることになる。
【００５１】
図９は、本発明による車両用灯具の第五の実施形態の構成を示している。
図９において、車両用灯具５０は、投影レンズ１３の前面１３ａ及び後面１３ｂが前面レンズ１４の形状に合わせて前方に向かって移動されている点を除いては、図６及び図７に示した車両用灯具３０とほぼ同じ構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００５２】
ここで、上記投影レンズ１３は、前面１３ａ及び後面１３ｂが、点線で示す位置から前方に向かって実線で示す位置まで、前面レンズ１４の形状に対応するように移動されている。
この場合、前面１３ａ及び後面１３ｂの各部の曲率半径は、図６及び図７における投影レンズの前面１３ａ及び後面１３ｂとほぼ等しくなるように選定されている。
【００５３】
このような構成の車両用灯具５０によれば、図６及び図７に示した車両用灯具３０の場合と同様に作用すると共に、投影レンズ１３の出射面である前面１３ａが、車両用灯具５０の前面を画成する前面レンズ１４の形状に対応して形成されているので、投影レンズ１３と前面レンズ１４との一体感が向上することになる。
【００５４】
このようにして、本発明によれば、投影レンズ１３の後面が光源としてのバルブ１１側に向かって凹状の円柱面，球面，回転楕円面等により形成されていることにより、光利用効率が向上し、より明るい照射光が得られると共に、前方から見た投影レンズ１３の外縁形状が真円から楕円や異型形状となるので、斬新なデザインとなり、商品性及び新規性が向上する。これにより、車両用の前照灯，補助前照灯や信号灯等の車両用灯具や、交通標識灯，交通信号灯，一般照明灯，作業灯，一般表示灯あるいは一般信号灯等の各種灯具に最適な灯具が提供され得ることになる。
【００５５】
上記各車両用灯具１０，２０，３０，４０，５０においては、その投影レンズ１３の前面１３ａは、凸状の非球面として形成されているが、これに限らず、同じ光学的作用を備えるように、図１０に示すように、フレネルレンズとして構成されていても良い。
【００５６】
上述した実施形態においては、投影レンズ１３の後面１３ｂは、円柱面、球面、回転楕円面として形成されているが、これに限らず、光源としてのバルブ１１を包囲するように凹状に形成されていればよく、例えばトロイダル面や自由曲面系の二次曲面または自由曲面から構成されていてもよいことは明らかである。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、投影レンズの入射面が、光源側に向かって凹状の円柱面，球面，回転楕円面等として形成されているので、光源または反射面から投影レンズに入射する光の利用効率が向上すると共に、投影レンズの入射面が、光軸に垂直な平面から構成されていないことにより、前方から見た投影レンズの外縁の形状が真円ではなく、非回転対称の形状となるので、新規なデザインとなり、商品性及び新規性が向上する。
さらに、投影レンズの出射面の外縁が、入射面の形状に従って変化し得ることから、車両用灯具が搭載される自動車の形状に合わせて投影レンズを覆うように配置された前面レンズの形状に対応して、投影レンズの外形が適宜に調整され得るので、前面レンズの形状と一体感のある形状の投影レンズを構成することが可能となる。
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、光の利用効率を向上させると共に、斬新なデザインで、商品性及び新規性を向上させるようにした、車両用灯具が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用灯具の第一の実施形態の構成を示す概略斜視図である。
【図２】図１の車両用灯具における投影レンズの形状の設計手順を示す概略図である。
【図３】図１の車両用灯具における投影レンズと従来の投影レンズを比較する図である。
【図４】図１の車両用灯具の（Ａ）第一の変形例を示す要部正面図及び（Ｂ）第二の変形例を示す要部平面図である。
【図５】本発明による車両用灯具の第二の実施形態の要部の構成を示す概略斜視図である。
【図６】本発明による車両用灯具の第三の実施形態の構成を示す（Ａ）平面図，（Ｂ）正面図及び（Ｃ）側面図である。
【図７】図６の車両用灯具の要部の構成を示す概略斜視図である。
【図８】本発明による車両用灯具の第四の実施形態の要部の構成を示す概略側面図である。
【図９】本発明による車両用灯具の第五の実施形態の要部の構成を示す概略側面図である。
【図１０】図１，図５，図６，図８及び図９の車両用灯具における投影レンズの変形例を示す概略平面図である。
【図１１】従来の車両用灯具の一例の構成を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０ 車両用灯具
１１ バルブ（光源）
１２ 反射面
１３ 投影レンズ
１３ａ 前面（出射面）
１３ｂ 後面（入射面）
１４ 前面レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の前部に設けられた前照灯，補助前照灯あるいは各種信号灯等として使用される車両用灯具等の灯具及びこれに使用される投影レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような自動車の前照灯は、例えば図１１に示すように、構成されている。
即ち、図１１において、前照灯１は、光源２と、光源２からの光を前方に向かって反射させる反射面３と、光源２または反射面３からの光を集束させる投影レンズ４と、投影レンズ４を覆うように光軸上に配置された前面レンズ５と、から構成されている。
【０００３】
ここで、上記反射面３は、例えば光源２付近に第一焦点を有する楕円反射面から構成されている。
また、上記投影レンズ４は、反射面３の第二焦点付近に焦点を有する凸レンズから構成されている。
【０００４】
このような構成の前照灯１によれば、光源２から出射した光が、直接にまたは反射面３で反射されて投影レンズ４に入射し、投影レンズ４によって集束されることにより、前面レンズ５を介して前方に向かって照射され、所定の配光特性を構成するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構成の前照灯１においては、投影レンズ４は、その出射面である前面が凸状の非球面から形成されていると共に、その入射面である後面が光軸に垂直な平面から形成されている。
このため、光源または反射面で反射されて投影レンズの入射面に入射する光の利用効率が比較的低くなり、前方に照射される照明光の照度が比較的低く成ってしまう。
また、このような投影レンズ４を使用した所謂プロジェクタ型の車両用灯具１においては、その外観意匠が画一的で変化がなく、また前面の凸状の非球面も真円型から脱却することができない。従って、商品性及び新規性に乏しいという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、光の利用効率を向上させると共に、斬新なデザインで、商品性及び新規性を向上させるようにした、車両用灯具及び投影レンズを提供することを目的としている。
【０００７】
上記目的は、本発明の第一の構成によれば、光源と、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するように配置された楕円反射面から成る反射面と、その焦点が上記反射面の第二の焦点位置付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するように配置された出射面が非球面から成る１つの焦点を持つ投影レンズと、を含んでいる、灯具において、上記投影レンズの入射面が、光軸に対して直交な中心軸を持つ円柱の一部よりなり、光源側に向って凹状に形成されていることを特徴とする、灯具により達成される。
【０００８】
本発明による車両用灯具は、好ましくは、上記円柱面が、投影レンズの光軸に直交な軸の周りに旋回されることにより、光軸に対して傾斜している。
【０００９】
本発明による車両用灯具は、好ましくは、光源と、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するように配置された楕円反射面から成る反射面と、その焦点が上記反射面の第二の焦点位置付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するように配置された出射面が非球面から成る１つの焦点を持つ投影レンズと、を含んでいる、灯具において、上記投影レンズの入射面が、光源側に向って凹状の球面、トロイダル面、回転楕円面等の二次曲面または自由曲面から構成されている。
【００１０】
本発明による車両用灯具は、好ましくは、上記投影レンズの出射面の頂点位置が、レンズの焦点を含む光軸から離れている。
【００１１】
また、上記目的は、本発明の第二の構成によれば、光源と、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するように配置された楕円反射面から成る反射面と、その焦点が上記反射面の第二の焦点位置付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するように配置された出射面が非球面から成る１つの焦点を持つ投影レンズと、を含んでいる、灯具における投影レンズであって、上記入射面が、光軸に対して直交な中心軸を持つ円柱の一部よりなり、光源側に向って凹状に形成されていることを特徴とする、投影レンズにより達成される。
【００１２】
本発明による投影レンズは、好ましくは、上記円柱面が、投影レンズの光軸に直交な軸の周りに旋回されることにより、光軸に対して傾斜している。
【００１３】
本発明による投影レンズは、光源と、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するように配置された楕円反射面から成る反射面と、その焦点が上記反射面の第二の焦点位置付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するように配置された出射面が非球面から成る１つの焦点を持つ投影レンズと、を含んでいる、灯具において、上記投影レンズの入射面が、光源側に向って凹状の球面、トロイダル面、回転楕円面等の二次曲面または自由曲面から構成されていることを特徴とする、投影レンズにより達成される。
【００１４】
本発明による投影レンズは、好ましくは、上記投影レンズの出射面の頂点位置が、レンズの焦点を含む光軸から離れている。
【００１９】
上記第一及び第二の構成によれば、光源から出射した光が、直接にまたは反射面で反射されて投影レンズに入射し、投影レンズによって集束されることにより、前方に向かって照射される。
【００２０】
その際、投影レンズの入射面が、光源側に向かって凹状に形成されているので、光源または反射面から投影レンズに入射する光の利用効率が向上することになり、投影レンズから前方に向かって照射される照明光の照度がより高くなり、より良好な視認性が得られることになる。
【００２１】
また、投影レンズの入射面が、光軸に垂直な平面から構成されていないことにより、前方から見た投影レンズの外縁の形状が真円ではなく、非回転対称の形状となることから、新規なデザインとなり、商品性及び新規性が向上することになる。
さらに、投影レンズの出射面の外縁が、入射面の形状に従って変化し得ることから、車両用灯具が搭載される自動車の形状に合わせて投影レンズを覆うように配置された前面レンズの形状に対応して、投影レンズの外形が適宜に調整され得るので、前面レンズの形状と一体感のある形状の投影レンズを構成することが可能となる。
【００２２】
上記投影レンズの入射面が、光源側に向かって凹状の円柱面から構成されている場合には、前方から見た投影レンズの外縁形状が、真円ではなく、ほぼ楕円形状になり、新規なデザインが得られることになる。
【００２３】
上記円柱面が、投影レンズの光軸の周りに旋回されることにより、水平方向に対して傾斜している場合には、前方から見た投影レンズのほぼ楕円の外縁形状が、水平方向に対して斜めに延びることになり、より一層新規なデザインが得られることになる。
【００２４】
上記円柱面が、投影レンズの光軸に垂直な軸の周りに旋回されることにより、光軸に対して傾斜している場合には、投影レンズの入射面が全体として光軸に対して斜めに延びることになり、前方から見た投影レンズの外縁形状が、より一層真円から外れることになり、より一層斬新なデザインが得られることになる。
【００２５】
上記投影レンズの入射面が、光源側に向かって凹状の球面，トロイダル面，回転楕円面または自由曲面系から構成されている場合には、前方から見た投影レンズの外縁形状が、真円ではなく、対応した楕円等の種々の形状になり、新規なデザインが得られることになる。
【００２６】
上記二次曲面の中心点が、投影レンズの光軸から外れている場合には、投影レンズの入射面が全体として光軸に対して斜めに延びることになり、前方から見た投影レンズの外縁形状が、より一層真円から外れることになり、より一層斬新なデザインが得られることになる。
【００２７】
このようにして、本発明によれば、投影レンズの入射面が光源側に向かって凹状に形成されていることにより、投影レンズに入射する光利用効率が向上すると共に、投影レンズの前方から見た外縁形状が真円でなく楕円形状等の異型形状になるので、斬新なデザインとなり、商品性及び新規性が向上することになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図１乃至図１０を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００２９】
図１は、本発明による車両用灯具の第一の実施形態の構成を示している。
図１において、車両用灯具１０は、自動車の前照灯であって、光源としてのバルブ１１と、バルブ１１を包囲するように配置され、バルブ１１からの光を前方に向かって反射させる反射面１２と、バルブ１１の前方にてバルブ１１または反射面１２からの光を集束させる投影レンズ１３と、投影レンズ１３を覆うように光軸上に配置された前面レンズ１４と、から構成されている。
尚、前照灯の場合、実際には、バルブ１１から投影レンズ１３への光路中に、カットオフを形成するための遮光材料から成るシャッタ（図示せず）が配置されている。そして、このシャッタにより、バルブ１１から直接にまたは第一の反射面１２で反射された光の一部を遮断して、所謂カットオフを形成して、投影レンズ１３により投影される光の配光特性を、所謂すれ違いビームの配光特性となるように調整することができる。
【００３０】
上記バルブ１１は、一般に自動車の前照灯または補助前照灯に使用されるバルブであって、例えば白熱電球，ハロゲン電球，赤外線反射膜付きのハロゲン電球やメタルハライドランプ等の放電灯等のバルブが使用され、ソケットにより固定保持されると共に、給電されるようになっている。
【００３１】
上記反射面１２は、バルブ１１からの光を反射して、前方に向かって反射させて、投影レンズ１３に導くように、例えば前方に向かって凹状の楕円反射面として形成されている。
ここで、楕円反射面は、回転楕円面や、楕円面を基本とした自由曲面を含むものである。
そして、反射面１２は、その第一焦点が光源１１付近に位置すると共に、長軸が、光源１１の光軸に沿って配置されている。
【００３２】
上記投影レンズ１３は、バルブ１１の前方に延びる光軸上に配置された凸レンズであって、バルブ１１から直接にまたは反射面１２で反射された光を集束させて、前方に向かって照射する。
ここで、投影レンズ１３は、そのバルブ１１側の焦点が反射面１２の第二焦点付近に位置するように配置されている。
【００３３】
上記前面レンズ１４は、透光材料から構成されており、車両用灯具１０の光出射面全体を覆うように、自動車の前端部に形成され、配置されている。
【００３４】
ここで、上記投影レンズ１３は、その出射面となる前面１３ａが凸状の自由曲面から構成されていると共に、入射面となる後面１３ｂが、図１に示すように、バルブ１１側に向かって凹状の円柱面から形成されている。
この円柱面は、光軸に対して垂直に且つ水平方向に延びる軸を有しているので、投影レンズ１３は、光軸を通る垂直断面にて円弧形状を有し、且つ光軸を通る水平断面にて平坦形状を有している。
【００３５】
上記投影レンズ１３は、図２に示すようにして設計される。
即ち、図２（Ａ）において、先ず投影レンズ１３の後面１３ｂの形状及び材質（屈折率ｎ）と焦点位置Ｆそして出射光線Ｖｉｉｉが決定される。
ここで、焦点位置Ｆから放射状に出射する光線Ｖｉについて、順次に後面１３ｂとの交点Ｓにおける屈折を計算して、屈折光線Ｖｉｉを求める。
【００３６】
そして、投影レンズ１３の光軸上の厚さに対応して進んだ屈折光線Ｖｉｉの線分の先端を投影レンズ１３の前面１３ａ上の点Ｔとする。
これにより、点Ｔにおける屈折光線が前記出射光線Ｖｉｉｉとなるように、点Ｔにおける法線Ｖｎを逆算して求める。
【００３７】
このようにして、図２（Ｂ）に示すように、焦点Ｆから微小角度Δ毎に、光線Ｖｉ’について、投影レンズ１３の後面１３ｂで屈折した光線Ｖｉｉ’と前述した点Ｔにおける法線Ｖｎ平面の交点Ｔ’を、点Ｔに隣接する前面１３ａの表面上の点Ｔ’とする。
そして、この点Ｔ’から出射する屈折光線が前記出射光線Ｖｉｉｉとなるように、法線Ｖｎ’を逆算して求める。
以上の動作を繰返し行なうことにより、投影レンズ１３の前面１３ａの表面上の点Ｔ，Ｔ’・・・から成る点群ΣＴを求める。
この点群ΣＴが、求める投影レンズ１３の前面１３ａの形状となる。
【００３８】
本発明実施形態による車両用灯具１０は、以上のように構成されており、バルブ１１がソケットから給電されて発光することにより、バルブ１１の発光中心から出射した光Ｌは、直接にまたは反射面１２で反射されて、投影レンズ１３に入射し、投影レンズ１３によって集束されることにより、前面レンズ１４を介して前方に向かって照射され、その際シャッタ（図示せず）によりカットオフを形成されて、対向車に幻惑光を与えないように、対向車線側で照射距離が短く成るようにな所謂すれ違いビームの配光特性が得られる。
【００３９】
この場合、投影レンズ１３の入射面である後面１３ｂが、横方向に延びる軸を有する円柱面として構成されているので、前方から投影レンズ１３を見たとき、投影レンズ１３の外縁形状が横長の楕円形状となり、新規なデザインとなる。
また、投影レンズ１３の後面１３ｂが光源であるバルブ１１を包囲するように凹状に形成されているので、図３に示すように、バルブ１１または反射面１２からの光の入射効率即ち光の利用効率が向上し、より明るい配光特性が得られることになる。
さらに、投影レンズ１３の後面１３ｂが凹状に形成されていることから、図３に示すように、投影レンズ１３の前面１３ａから後面１３ｂまでのレンズ厚が減少すると共に、バルブ１１に対してより接近して配置され得る。これにより、投影レンズ１３が軽量化され、材料コストが低減され得ると共に、車両用灯具１０の全体が小型に構成され得る。
【００４０】
尚、上述した車両用灯具１０においては、投影レンズ１３の後面１３ｂは、光軸に対して垂直に且つ水平方向に延びる軸を有する円柱面から構成されているが、これに限らず、図４（Ａ）に示すように、円柱面の軸が水平方向に対して角度α（０度＜α＜９０度、図示の場合α＝３０度）だけ傾斜していてもよい。
これにより、投影レンズ１３を前方から見たときの外縁形状が、横長ではなく斜めに延びた楕円形状となるので、より一層斬新なデザインとなる。
【００４１】
これに対して、円柱面の軸は、図４（Ｂ）に示すように、光軸に対して垂直ではなく、前後方向に斜めに角度β（０度＜β＜４５度、図示の場合β＝３０度）だけ傾斜していてもよい。
これにより、同様に、投影レンズ１３を前方から見たときの外縁形状が、横長ではなく斜めに延びた楕円形状となると共に、投影レンズ１３の後面１３ｂが全体として斜めに形成されるので、より一層斬新なデザインとなる。
【００４２】
図５は、本発明による車両用灯具の第二の実施形態の構成を示している。
図５において、車両用灯具２０は、投影レンズ１３の後面１３ｂが回転楕円面から構成されている点を除いては、図１に示した車両用灯具１０とほぼ同じ構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００４３】
ここで、上記投影レンズ１３は、入射面となる後面１３ｂが、図５に示すように、バルブ１１側に向かって凹状の回転楕円面から形成されている。
この回転楕円面は、光軸に対して垂直に且つ水平方向に延びる長軸を有しているので、投影レンズ１３は、光軸を通る垂直断面にて円弧形状を有し、且つ光軸を通る水平断面にて楕円形状を有している。
【００４４】
このような構成の車両用灯具２０によれば、図１に示した車両用灯具１０の場合と同様に作用すると共に、投影レンズ１３の入射面である後面１３ｂが、横方向に延びる軸を有する回転楕円面として構成されているので、前方から投影レンズ１３を見たとき、投影レンズ１３の外縁形状が横長の楕円形状となり、新規なデザインとなる。
【００４５】
図６及び図７は、本発明による車両用灯具の第三の実施形態の構成を示している。
図６及び図７において、車両用灯具３０は、投影レンズ１３の後面１３ｂが球面から構成されている点を除いては、図１に示した車両用灯具１０とほぼ同じ構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００４６】
ここで、上記投影レンズ１３は、入射面となる後面１３ｂが、図６及び図７に示すように、バルブ１１側に向かって凹状の球面から形成されている。
この球面は、その曲率半径Ｒ１が比較的小さく、中心が投影レンズ１３の光軸から外れているので、投影レンズ１３の外縁形状は、真円から大きく外れて、異型に形成されることになる。
【００４７】
このような構成の車両用灯具３０によれば、図１に示した車両用灯具１０の場合と同様に作用すると共に、投影レンズ１３の入射面である後面１３ｂが、中心が光軸から大きく外れた球面として構成されているので、前方から投影レンズ１３を見たとき、投影レンズ１３の外縁形状が真円から大きく外れた異型形状となり、新規なデザインとなる。
この場合、後面１３ｂを構成する球面の中心が投影レンズ１３の光軸から大きく外れていることにより、投影レンズ１３の後面１３ｂは、全体として光軸に対して傾斜して形成されることになる。
【００４８】
図８は、本発明による車両用灯具の第四の実施形態の構成を示している。
図８において、車両用灯具４０は、投影レンズ１３の後面１３ｂがより大きな曲率半径の球面から構成されている点を除いては、図６及び図７に示した車両用灯具３０とほぼ同じ構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００４９】
ここで、上記投影レンズ１３は、入射面となる後面１３ｂが、図８に示すように、バルブ１１側に向かって凹状の球面から形成されている。
この球面は、その曲率半径Ｒ２が比較的大きく、中心が投影レンズ１３の光軸から外れているので、投影レンズ１３の外縁形状は、真円ではなく、ほぼ楕円形状に形成されることになる。
【００５０】
このような構成の車両用灯具４０によれば、図６及び図７に示した車両用灯具３０の場合と同様に作用すると共に、投影レンズ１３の入射面である後面１３ｂが、中心が光軸から外れた大きな曲率半径の球面として構成されているので、前方から投影レンズ１３を見たとき、投影レンズ１３の外縁形状がほぼ楕円形状となり、新規なデザインとなる。
この場合、後面１３ｂを構成する球面の中心が投影レンズ１３の光軸から外れていることにより、投影レンズ１３の後面１３ｂは、全体として光軸に対して傾斜して形成されることになる。
【００５１】
図９は、本発明による車両用灯具の第五の実施形態の構成を示している。
図９において、車両用灯具５０は、投影レンズ１３の前面１３ａ及び後面１３ｂが前面レンズ１４の形状に合わせて前方に向かって移動されている点を除いては、図６及び図７に示した車両用灯具３０とほぼ同じ構成であり、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００５２】
ここで、上記投影レンズ１３は、前面１３ａ及び後面１３ｂが、点線で示す位置から前方に向かって実線で示す位置まで、前面レンズ１４の形状に対応するように移動されている。
この場合、前面１３ａ及び後面１３ｂの各部の曲率半径は、図６及び図７における投影レンズの前面１３ａ及び後面１３ｂとほぼ等しくなるように選定されている。
【００５３】
このような構成の車両用灯具５０によれば、図６及び図７に示した車両用灯具３０の場合と同様に作用すると共に、投影レンズ１３の出射面である前面１３ａが、車両用灯具５０の前面を画成する前面レンズ１４の形状に対応して形成されているので、投影レンズ１３と前面レンズ１４との一体感が向上することになる。
【００５４】
このようにして、本発明によれば、投影レンズ１３の後面が光源としてのバルブ１１側に向かって凹状の円柱面，球面，回転楕円面等により形成されていることにより、光利用効率が向上し、より明るい照射光が得られると共に、前方から見た投影レンズ１３の外縁形状が真円から楕円や異型形状となるので、斬新なデザインとなり、商品性及び新規性が向上する。これにより、車両用の前照灯，補助前照灯や信号灯等の車両用灯具や、交通標識灯，交通信号灯，一般照明灯，作業灯，一般表示灯あるいは一般信号灯等の各種灯具に最適な灯具が提供され得ることになる。
【００５５】
上記各車両用灯具１０，２０，３０，４０，５０においては、その投影レンズ１３の前面１３ａは、凸状の非球面として形成されているが、これに限らず、同じ光学的作用を備えるように、図１０に示すように、フレネルレンズとして構成されていても良い。
【００５６】
上述した実施形態においては、投影レンズ１３の後面１３ｂは、円柱面、球面、回転楕円面として形成されているが、これに限らず、光源としてのバルブ１１を包囲するように凹状に形成されていればよく、例えばトロイダル面や自由曲面系の二次曲面または自由曲面から構成されていてもよいことは明らかである。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、投影レンズの入射面が、光源側に向かって凹状の円柱面，球面，回転楕円面等として形成されているので、光源または反射面から投影レンズに入射する光の利用効率が向上すると共に、投影レンズの入射面が、光軸に垂直な平面から構成されていないことにより、前方から見た投影レンズの外縁の形状が真円ではなく、非回転対称の形状となるので、新規なデザインとなり、商品性及び新規性が向上する。
さらに、投影レンズの出射面の外縁が、入射面の形状に従って変化し得ることから、車両用灯具が搭載される自動車の形状に合わせて投影レンズを覆うように配置された前面レンズの形状に対応して、投影レンズの外形が適宜に調整され得るので、前面レンズの形状と一体感のある形状の投影レンズを構成することが可能となる。
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、光の利用効率を向上させると共に、斬新なデザインで、商品性及び新規性を向上させるようにした、車両用灯具が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用灯具の第一の実施形態の構成を示す概略斜視図である。
【図２】図１の車両用灯具における投影レンズの形状の設計手順を示す概略図である。
【図３】図１の車両用灯具における投影レンズと従来の投影レンズを比較する図である。
【図４】図１の車両用灯具の（Ａ）第一の変形例を示す要部正面図及び（Ｂ）第二の変形例を示す要部平面図である。
【図５】本発明による車両用灯具の第二の実施形態の要部の構成を示す概略斜視図である。
【図６】本発明による車両用灯具の第三の実施形態の構成を示す（Ａ）平面図，（Ｂ）正面図及び（Ｃ）側面図である。
【図７】図６の車両用灯具の要部の構成を示す概略斜視図である。
【図８】本発明による車両用灯具の第四の実施形態の要部の構成を示す概略側面図である。
【図９】本発明による車両用灯具の第五の実施形態の要部の構成を示す概略側面図である。
【図１０】図１，図５，図６，図８及び図９の車両用灯具における投影レンズの変形例を示す概略平面図である。
【図１１】従来の車両用灯具の一例の構成を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０ 車両用灯具
１１ バルブ（光源）
１２ 反射面
１３ 投影レンズ
１３ａ 前面（出射面）
１３ｂ 後面（入射面）
１４ 前面レンズ
Claims (8)
- 光源と、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するように配置された楕円反射面から成る反射面と、その焦点が上記反射面の第二の焦点位置付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するように配置された出射面が非球面から成る１つの焦点を持つ投影レンズと、を含んでいる、灯具において、
上記投影レンズの入射面が、光軸に対して直交な中心軸を持つ円柱の一部よりなり、光源側に向って凹状に形成されていることを特徴とする、灯具。 - 上記円柱面が、投影レンズの光軸に直交な軸の周りに旋回されることにより、光軸に対して傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載の車両用灯具。
- 光源と、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するように配置された楕円反射面から成る反射面と、その焦点が上記反射面の第二の焦点位置付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するように配置された出射面が非球面から成る１つの焦点を持つ投影レンズと、を含んでいる、灯具において、
上記投影レンズの入射面が、光源側に向って凹状の球面、トロイダル面、回転楕円面等の二次曲面または自由曲面から構成されていることを特徴とする、灯具。 - 上記投影レンズの出射面の頂点位置が、レンズの焦点を含む光軸から離れていることを特徴とする、請求項２または３に記載の灯具。
- 光源と、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するように配置された楕円反射面から成る反射面と、その焦点が上記反射面の第二の焦点位置付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するように配置された出射面が非球面から成る１つの焦点を持つ投影レンズと、を含んでいる、灯具における投影レンズであって、
上記入射面が、光軸に対して直交な中心軸を持つ円柱の一部よりなり、光源側に向って凹状に形成されていることを特徴とする、投影レンズ。 - 上記円柱面が、投影レンズの光軸に直交な軸の周りに旋回されることにより、光軸に対して傾斜していることを特徴とする、請求項５に記載の投影レンズ。
- 光源と、第一の焦点位置が光源付近に在り、その長軸が光源からの光軸と一致するように配置された楕円反射面から成る反射面と、その焦点が上記反射面の第二の焦点位置付近に在り、その光軸が上記反射面の長軸とほぼ一致するように配置された出射面が非球面から成る１つの焦点を持つ投影レンズと、を含んでいる、灯具において、
上記投影レンズの入射面が、光源側に向って凹状の球面、トロイダル面、回転楕円面等の二次曲面または自由曲面から構成されていることを特徴とする、投影レンズ。 - 上記投影レンズの出射面の頂点位置が、レンズの焦点を含む光軸から離れていることを特徴とする、請求項６または７に記載の投影レンズ。
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