JP5711890B2 - 車両用前照灯 - Google Patents
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Description
ここで、図5に示すように、リフレクタ102によって反射された光のうち、一部の光L10は第二焦点Pを通過してレンズ105の下部のフランジ部107に入射する。この光L10がフランジ部107を通過してしまうと、レンズ105前方に配置されたエクステンション109にあたってしまい、グレア光として前方に照射されるおそれがある。このグレア光を防止すべく、近年においてはエクステンション109の表面に対して、反射率を下げる処理を施しているのが実状である。
このため本発明の課題は、レンズのフランジ部を光が透過してしまうことを防止し、エクステンションの形状の自由度を高めることである。
二つの焦点を有する楕円系のリフレクタと、
前記リフレクタの第一焦点近傍に配置された光源と、
前記リフレクタの第二焦点近傍に、上端部が位置するように配置されたシェードと、
前記リフレクタ、前記光源及び前記シェードの前方に配置され、前記第二焦点近傍に焦点を有し、前方に向けて凸となる凸型レンズとを備え、
前記凸型レンズは、レンズ本体と、前記レンズ本体の外周縁から外側に向けて突出するように形成されたフランジ部とを備え、
前記凸型レンズの出射面は、前方に向けて凸となる前記レンズ本体の出射面と、前記フランジ部の出射面とを備え、
前記凸型レンズの入射面は、前記凸型レンズの出射面よりも前記光源側に位置して、水平面に対して垂直な平面であり、
前記レンズ本体の外周縁より下側であって前記フランジ部の出射面は、前記第二焦点よりも下側に位置し、かつ、上下方向断面において下方に行くにつれ前方に張り出す傾斜面として形成されていて、
前記光源からの出射光の一部は、前記第二焦点を通って前記凸型レンズ本体の入射面から入射した後に、前記フランジ部の出射面に到達するものとされ、
前記フランジ部の出射面の傾斜角度は、水平面に対して垂直な垂直面に対して前記フランジ部の出射面がなす角度θ3が以下の関係を満たすように設定されていることを特徴とする。
θ1=arctan(h/d)
θ2=arcsin(1/n・sin(θ1))
θ3>θm−θ2
ここで、前記第二焦点から前記凸型レンズ本体の入射面に入射することによって屈折し、且つ前記フランジ部の出射面と前記レンズ本体の出射面との境界に到達する光線と、前記凸型レンズの後面との交点から光軸までの距離をhとし、前記交点から前記第二焦点までの前記光軸に対して平行な距離をdとし、水平面に対して前記光線がなす入射側の角度をθ1とし、前記第二焦点から前記交点を介して前記凸型レンズ内に進入した光線と水平面との角度をθ2とし、全反射の臨界角度をθmとし、前記凸型レンズの材質の屈折率をnとする。
前記リフレクタから反射された前記光源からの出射光の一部が前記凸型レンズの入射面から入射した後に、前記フランジ部の出射面から出射する光線と水平面との角度が1.5度以上となるように、前記リフレクタの反射面及び前記凸型レンズの入射面が形成されていることを特徴としている。
シェード4は、その上端部がリフレクタ2の第二焦点P2近傍に位置するように配置されている。シェード4の下方には、リフレクタ2で反射された光を凸型レンズ5の下部に位置するフランジ部52に案内するための光路空間42が形成されている。
ハウジング6は、凸型レンズ5の前方下部に配置された装飾用のエクステンション61と、凸型レンズ5の前方を覆う光透過性のカバー62と、凸型レンズ5を固定するための係止部63とを有している。
凸型レンズ5は、レンズ本体51と、レンズ本体51の周縁部から外側に突出し、レンズ本体51の全周にわたって形成されたフランジ部52とを備えている。レンズ本体51は、その凸面511が非球面に形成されている。
フランジ部52は係止部63に係止されることで、ハウジング6内に凸型レンズ5が固定されるようになっている。フランジ部52の後面522は、レンズ本体51の後面512と連続する平面により形成されている。これらフランジ部52の後面522とレンズ本体51の後面512とは、水平面に対して垂直な平面となっている。一方、フランジ部52の前面521は、後面522に対して傾斜するように、下方に行くにつれ前方に張り出す傾斜面となっている。フランジ部52の前面521と、後面522とがなす角度を傾斜角度と称す。
θm=arcsin(1/n)・・・(2)
ところで、図2は、フランジ部52の前面521の内面反射が傾斜角度によりどう異なるかを示す説明図であり、図2(a)<図2(b)<図2(c)<図2(d)の順で傾斜角度が設定されている。この図2に示すように、第二焦点P2を通過し、フランジ部52の前面521に到達する光は、その高さ位置によって入射角度が異なる。これは第二焦点P2がフランジ部52よりも高い位置に配置されているためである。例えば、前面521の上部地点A、中部地点B、下部地点Cに光が入射すると、第二焦点P2からの光の入射角度はθA<θB<θCとなる。図2(a)では、全ての入射角度θA,θB,θCが臨界角度θm以下であるので、上部地点A、中部地点B、下部地点Cに入射した光はフランジ部52の前方へ出射してしまう。図2(b)では、入射角度θCのみが臨界角度θmよりも大きいので、下部地点Cに入射した光は前面521により全反射し、上部地点A、中部地点Bに入射した光はフランジ部52の前方へ出射してしまう。図2(c)では、入射角度θB,θCが臨界角度θmよりも大きいので、中部地点B、下部地点Cに入射した光は前面521により全反射し、上部地点Aに入射した光はフランジ部52の前方へ出射してしまう。図2(d)では、全ての入射角度θA,θB,θCが臨界角度θmよりも大きいので、上部地点A、中部地点B、下部地点Cに入射した光は前面521により全反射することとなる。
このように、上部地点Aへの入射角度が臨界角度θmよりも大きければ、それよりも下方の部分でも全反射が達成できることになる。
後面512及び後面522は水平面に対して垂直な平面となっているから、光線の軌跡Lに沿って進行する光が後面(後面512,522)に入射する際の入射角θ1は式(3)により求めることができる。
θ n =θ 2 +θ 3 ・・・(6)
θ m <θ 2 +θ 3
θ 3 >θ m −θ 2 ・・・(7)
sinθ 2 =1/n・sinθ 1
θ 2 =arcsin(1/n・sinθ 1 )・・・(5)
ここで、凸型レンズ5からの出射光の一部が水平面に対して1.5度以上の角度で斜め上方に向かって出射されることが望まれているが、この出射光はレンズ本体51では配光形成が困難なのが実状である。このため、図4に示すように、リフレクタ2下部の反射面21から反射され、光路空間42を介して凸型レンズ5のフランジ部52を通過し最下点P3から斜め上方に向かって出射する光L2と水平面との角度(出射角度)θ5が1.5度以上となるように、リフレクタ2の反射面21が形成されている。具体的には、出射角度θ5が1.5度以上となる光路を逆追跡することで、フランジ部52の後面522に対する入射角度θ6を求める。そして、光源3からリフレクタ2下部の反射面21で反射された光が入射角度θ6となるように反射面21を形成する。
これにより、レンズ本体51だけでは配光形成が難しい1.5度上部への配光を容易に実現することができる。
以下、凸型レンズ5の材質をアクリル、硬質ガラス、軟質ガラスとした場合の各値を例示する。なお、各材質とも共通となる数値は、交点Qから光軸Zまでの垂直方向の距離hが30mm、交点Qから第二焦点P2までの光軸Zに対して平行な距離dが40mm、レンズ本体51の最下点P3から後面512までの厚みtが5mmとなっている。
アクリルの屈折率nは1.492であるので、この値を式(2)に代入することで、アクリルの臨界角度θmは42.085度となる。
角度θ1は式(3)に各値を代入することにより求められ、36.87度となる。角度θ2は式(5)に各値を代入することにより求められ、23.71度となる。これらの各値を式(7)に代入すれば、フランジ部52の前面521の傾斜角度θ3は18.38度よりも大きな値となる。
また、出射角度θ5が1.5度となる光路を逆追跡することで、入射角度θ6は10.71度となる。つまり、リフレクタ2の反射面21の形状は、入射角度θ6が10.71度となる形状に形成されることになる。
硬質ガラスの屈折率nは1.471であるので、この値を式(2)に代入することで、硬質ガラスの臨界角度θmは42.829度となる。
角度θ1は式(3)に各値を代入することにより求められ、36.87度となる。角度θ2は式(5)に各値を代入することにより求められ、24.07度となる。これらの各値を式(7)に代入すれば、フランジ部52の前面521の傾斜角度θ3は18.76度よりも大きな値となる。
また、出射角度θ5が1.5度となる光路を逆追跡することで、入射角度θ6は10.51度となる。つまり、リフレクタ2の反射面21の形状は、入射角度θ6が10.51度となる形状に形成されることになる。
軟質ガラスの屈折率nは1.519であるので、この値を式(2)に代入することで、硬質ガラスの臨界角度θmは41.172度となる。
角度θ1は式(3)に各値を代入することにより求められ、36.87度となる。角度θ2は式(5)に各値を代入することにより求められ、23.27度となる。これらの各値を式(7)に代入すれば、フランジ部52の前面521の傾斜角度θ3は17.91度よりも大きな値となる。
また、出射角度θ5が1.5度となる光路を逆追跡することで、入射角度θ6は10.96度となる。つまり、リフレクタ2の反射面21の形状は入射角度θ6が10.96度となる形状に形成されることになる。
2 リフレクタ
3 光源
4 シェード
5 凸型レンズ
6 ハウジング
21 反射面
42 光路空間
51 レンズ本体
52 フランジ部
61 エクステンション
62 カバー
63 係止部
511 凸面
512 後面
521 前面
522 後面
d 距離
h 距離
L 光線の軌跡
P1 第一焦点
P2 第二焦点
P3 最下点
Q 交点
S1 垂直面
S2 水平面
Z 光軸
θ3 傾斜角度
θ5 出射角度
θ6 入射角度
θm 臨界角度
Claims (2)
- 二つの焦点を有する楕円系のリフレクタと、
前記リフレクタの第一焦点近傍に配置された光源と、
前記リフレクタの第二焦点近傍に、上端部が位置するように配置されたシェードと、
前記リフレクタ、前記光源及び前記シェードの前方に配置され、前記第二焦点近傍に焦点を有し、前方に向けて凸となる凸型レンズとを備え、
前記凸型レンズは、レンズ本体と、前記レンズ本体の外周縁から外側に向けて突出するように形成されたフランジ部とを備え、
前記凸型レンズの出射面は、前方に向けて凸となる前記レンズ本体の出射面と、前記フランジ部の出射面とを備え、
前記凸型レンズの入射面は、前記凸型レンズの出射面よりも前記光源側に位置して、水平面に対して垂直な平面であり、
前記レンズ本体の外周縁より下側であって前記フランジ部の出射面は、前記第二焦点よりも下側に位置し、かつ、上下方向断面において下方に行くにつれ前方に張り出す傾斜面として形成されていて、
前記光源からの出射光の一部は、前記第二焦点を通って前記凸型レンズ本体の入射面から入射した後に、前記フランジ部の出射面に到達するものとされ、
前記フランジ部の出射面の傾斜角度は、水平面に対して垂直な垂直面に対して前記フランジ部の出射面がなす角度θ3が以下の関係を満たすように設定されていることを特徴とする車両用前照灯。
θ1=arctan(h/d)
θ2=arcsin(1/n・sin(θ1))
θ3>θm−θ2
ここで、前記第二焦点から前記凸型レンズ本体の入射面に入射することによって屈折し、且つ前記フランジ部の出射面と前記レンズ本体の出射面との境界に到達する光線と、前記凸型レンズの後面との交点から光軸までの距離をhとし、前記交点から前記第二焦点までの前記光軸に対して平行な距離をdとし、水平面に対して前記光線がなす入射側の角度をθ1とし、前記第二焦点から前記交点を介して前記凸型レンズ内に進入した光線と水平面との角度をθ2とし、全反射の臨界角度をθmとし、前記凸型レンズの材質の屈折率をnとする。 - 請求項1記載の車両用前照灯において、
前記リフレクタから反射された前記光源からの出射光の一部が前記凸型レンズの入射面から入射した後に、前記フランジ部の出射面から出射する光線と水平面との角度が1.5度以上となるように、前記リフレクタの反射面及び前記凸型レンズの入射面が形成されていることを特徴とする車両用前照灯。
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