JPH01313801A - プロジェクタ型前照灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プロジェクタ型の車輌用前照灯に係り、特に
配光特性を改善したプロジェクタ型前照、灯に関するも
のである。

〔従来の技術〕

自動車用前照灯は、自己車線の前方を明るく照射し、し
かも対向車に眩惑を与えないような配光パターンを有し
ていなければならない。

上記の要請に適合する配光特性を有し、レンズ構成が簡
単で、全体形状を小形化し得る前照灯として、プロジェ
クタ型の自動車用前照灯が提案されている。このプロジ
ェクタ型前照灯に関する最新の技術としては１例えば特
開昭５８−２０９８０１号が公知である。

第３図は上記公知のプロジェクタ型前照灯を示す、この
公知例の前照灯はシェル形反射器が設けられており、こ
の反射器の内側反射面の軸線方向断面が、それぞれ楕円
の一部をなしており、楕円の離心率が、軸線方向垂直長
手断面から軸線方向水平長手断面の方へ増大している車
輌用前照灯において、すべての軸線方向断面の楕内部分
１０１゜１０２の焦点１０５が、またすべての軸線方向
断面の楕内部分１０１．１０２の対応する頂点１０４が
一致するように構成されている。

１０１は楕円１０２の外側焦点、１１０は遮光板状の調
光器、１１２は楕円１０１の外側焦点、１１３はレンズ
である。

第４図はこの種のプロジェクタ型前照灯の１例を模式的
に描いた平面図、第５図は同じく側面図。

第６図は同じく正面図である。

１１１１は凹面鏡、Ｆはその焦点である。上記の焦点Ｆ
付近にフィラメントが位置するように、光源バルブ２ｖ
が設けられる。

前記の凹面鏡１謬と、光軸２を共有せしめて凸レンズ３
が設けられる。

第４図に描いたｉ−ｊは凸レンズ３のメリジオナル像面
を示しており、光源から発して凹面鏡１で反射された光
はこのメリジオナル像面に入射する。

上記の入射光は、凸レンズ３によって調光されて前方（
第４図、第５図において右方）に投射される。

前記メリジオナル像面の付近にスクリーンを設けて、配
光パターンを等照度曲線で示すと、前記の光源バルブが
点光源である場合には第７図の如くになる。Ｈ−Ｈはス
クリーン上の水平線、ｖ−Ｖは同じく垂直線である。

第４図〜第６図に示すように、メリジオナル像面に沿っ
た縁を有するシェード４Ｂを設ける。詳しくは、第６図
に示した４ａの如く、メリジオナル像面ｉ−ｊから退く
ようにカットライン４ａを形成しである。第８図は、前
述の配光パターン（第７図）とシェード４ｓとの重なり
具合を示す。

本第８図に表わされているように、光束の上半部は通過
する。下半部の大半は遮られるが、カットライン４ａに
対応する部分は光の通過が許容される。

上記のように部分的に覆われた光束が、メリジオナル像
面ｉ−ｊに集光されて互いに交差するので、前照灯の前
方に投光される光束は第８図を反転した形状のパターン
を形成する。第９図は前照灯の前方に設けたスクリーン
上の等照度曲線によって投光のパターンの概要的な形状
を表わした説明図である。

第９図において、斜めカットラインＣ１の上方、及び水
平カットラインｃｈの上方が欠けているのはシェード４
の影が逆立しているものである。

また、シェード４ｓを省略したプロジェクタ型前照灯に
おいては、仮想線で示したように、カットラインＣｉ、
Ｃｈの上方にも配光される。このような配光パターンは
対向車の無い場合に適している。

第１Ｏ図は、シェード４を省略したタイプのプロジェク
タ型前照灯の配光特性の説明図である。

第１θ図（Ａ）は、スクリーンを照射した場合の等照度
曲線である。

第１０図（Ｂ）は、上記（Ａ）図のＨ−Ｈライン上の照
度分布曲線である。この照度分布カーブは、前述の楕円
の長、短径比のとり方などによって変化するが一定の傾
向を有していて自ずから定まり。

設計的な自由度が無い。

上記の不具合（設計上の不自由）を解消して。

照度分布を自由に設定するための技術として、特開昭６
２−１８６４０２号「プロジェクタ型前照灯」が公知で
ある。

上記公知技術は前記反射鏡の反射面を中央部と左右周辺
部とに区分し。

（１）上記中央部の反射面は、第１焦点を光源バルブ近
傍に置き第２焦点をシェード近傍に置く回転楕円面とし
て、・その反射光をシェードと光軸との交点付近に集中
せしめるように構成し、（ｈ）前記左右周辺部の反射面
は、その反射面を構成する多数の面素を想定すると共に
、所望の配光パターンに対応するシェード上の光度分布
から前記回転楕円反射面からの反射光を減算した所望光
度分布を設定し、前記多数の面素はそれぞれの入射光を
反射して前記所望の光度分布を形成するように各面素の
方向を設定し、これら多数の面素を組み上げて滑らかに
連設したものである。

上記のように構成した前照灯の反射鏡においては、その
中央部の回転楕円反射面による反射光がシェードと光軸
との交点付近に集中して中心光度分布を上昇させ得るの
で１反射鏡の左右胸辺部の設計が楽になる（所望配光パ
ターンに対応する光度分布から、上記回転楕円反射面に
よる反射光を減算した残りの光度分布を満足させれば足
りる）。

そして、上記左右周辺部の反射面の形状は、従来技術に
おける凹面鏡のごとく（例えば回転放物面とか、回転楕
円面などといったように）解析幾何学的に定まった形状
に束縛されることなく、所望のシェード上の配光特性を
求めて、この特性を形成するように凹面鏡の面素を組み
上げてゆけば良いので、任意の配光特性に構成すること
ができる。

ただし、前述の「反射面を分割して面素を想定する」こ
と、及び「凹面鏡の面素を組み上げる」ことは、設計思
考中における分割２組み上げであって、現実の有体の部
材を分割したり組み立てたりするものではない。

構成しようとする反射面を、例えば０．２ｈａ平方の、
百数十万個の面素に区分して各面素ごとにその方向（法
線方向を以って表わす）を算定することは１人為的計算
では不可能に近いが電子計算機を利用すればさして困難
ではない。

次に、上記公知例に係るプロジェクタ型車輌用前照灯に
ついて、第１１図乃至第２１図を参照して説明する。

第１２図は前記の公知例におけるリフレクタ６の設計的
構成を示す断面図で、そのＩ−１断面を第１１図に示す
０本第１１図は前述の公知技術（特開昭５８−２０９８
０１号）における第３図に対応する水平断面図であるが
左右対称であるから右半部の光路を省略しである。また
、第１２図の■−■断面を第１３図に示す。

第１！図に区域Ｃ′として示した反射面中央部は、点Ｆ
を第１焦点とし点Ｓ１を第２焦点とした回転楕円面に構
成する。第１２図において上記回転楕円面部分に斑点を
付して示しである。

第１１図に示ルた中央部Ｃ′を回転楕円面に構成しであ
るので１点Ｆに設けた光源から矢印４２口の如く該回転
楕円面Ｃ′区域に入射した光は矢印ハ、二の如く点ＳＩ
（シェード４Ｓと光軸）−）との交点上に置いた第２焦
点）に集中する。

このようにして、回転楕円面Ｃ′の反射光によってシェ
ード４ｓの中央付近の光度分布が大きくなるので、該回
転楕円面Ｃ′以外の部分の設計が楽になる。具体的には
、シェ゛−ド上における所望の光度分布から１回転楕円
面Ｃ′の反射光で形成される光度分布（中央に集中して
いる）を差し引いた残りの光度分布を、該回転楕円面Ｃ
′以外の部分によって形成すれば良い。

上記の回転楕円面Ｃ′以外の区域、即ち、第１１図に示
した周辺部Ｄ（第１２図において斑点を付していない部
分）を、設計手法として多数の面素に分割して考える。

第１４図は、リフレクタ６の反射面の１／４Ｌ二ついて
、これを多数の面素に分割した状態を模式化して描いた
説明図、第１５図は面素Ｑ５の入射光と反射光との光路
説明図である。

シェードの中心ＳＩから任意の距離Ｘｓの点Ｓ（第１１
図参照）に対応するりフレフタ６上の点Ｑの関係を求め
る。即ち、リフレクタ６の中心Ｔがらｘｌの距離にある
微小面素の集合Ｑ＋　　Ｑ　　Ｑｚ（第１２図）の関係
を、次のようにして求める。

まず、初期値としてｚ＋＝Ｑのとき、微小面素の集合Ｑ
ｓ−ＱａＱ４は、点Ｓ１に反射光が到達するように面素
の方向（法線方向で表わされる）を定める。

上記の如く初期値を設定した面素の集合Ｑａ−Ｑ６　　
Ｑ４の隣接部については、前記の魚釣の隣接個所に反射
光が到達するようにその方向を定め、以下同様に繰り返
して計算を進めてゆく。

前記のＸｓと恥とは関数関係をなし ｘｓ＝ｆ　（ｘＩ） である、而して、この関数の定め方については、シェー
ド上における所望の配光分布に基づいて定めるが、具体
的には ｆ　（ｘｉ）　＝ａｘＩ＋ｂ ｆ　（ｘｌ）　＝ａ　ｘＩ”＋ｂ　ｘｌ＋ｃｆ　　　（
ｘＩ）　　＝ａｘｌ　３＋ｂｘｌ’＋ｃｘＩ　＋ｄｆ　
（ｘ（）　＝ａ（ｘｌ”＋ａ２ｘ４”−’−ａｎｘＩ＋
ａ、＋＋ｆ　（ｘｌ）　＝＝ａ６ｂＸＩ といった各種の手法が考えられ、任意に選択し。

若しくは組み合わせて用いることができるａａＨｂ、ｃ
、ｄは定数である。

以下、数例を挙げて説明する。

ｆ　（ｘＩ）　＝ａｘＩ＋ｂの場合において、ａ　＝０
．５．　ｂ　＝　Ｏと仮定するとｆ　（ｘＩ）　＝０．
５　ＸＩとなり ｘｌ　＝２　、　ｘ５＝　１がその解の一つである。こ
れを座標面上に表わすと第１６図の如くになる。

上記の状態を、リフレクタ６の水平断面形状とメリジオ
ナル像面（シェードの上１Ｍ）との関係に置き換えると
第１７図の如くになる。即ち、リフレクタ６側で２の範
囲の光はメリジオナル像面上の１の範囲に集められ、こ
の場合の配光パターンは第１８図に実線で示した如くに
なる。

前述の回転楕円面Ｃ′による反射光は中央付近に集中し
て、鎖線で示したパターンとなり、実際に有効に作用す
るのは上記双方のパターン（実線と鎖線と）の合計とな
る。

自動車用前照灯の通常の使用条件においては上記の配光
パターン（第１８図）よりも中央部の光度が集中的に高
いことが望まれる。

そこで１次に。

ｆ　（ｘＩ）　＝ａｘｌ”＋ｂｘｌ＋ｃにおいてａ　＝
０．１２５、ｂ＝ｏ、ｃ＝ｏと仮定すると、ｆ　（ｘＩ
）　＝０．１２５ｘｌ” となり、−例えばｘ１＝４、ｘｓ＝２が解の一つである
。

これを座標上に表わすと第１９図の如くであり、リフレ
クタとシェードとの関係は第２０図の如くになる。この
場合の配光特性は第２１図に実線で示した如くで、前述
の第１８図に比して中心光度が高くなる。

図示を省略するが、先に述べた高次の関数式、ｆ　　　
（ｘＩ）　　＝ａｘｌ”＋ｂｘ　Ｉ”＋ｃｘｌ＋ｄとし
、更に、 ｆ　（ｘＩ）　＝ａ＋ｘ＋”＋ａｚＸ＋　　°＝ａｎｘ
ｌ＋ａ、１４１におけるｎの値を４，５と増すに従って
中心光度が高くなり、対数式。

ｆ　　（ＸＩ）　＝ａ　６ｂＸ’ を用いると、いっそう中心光度が高くなる。

これらの式を適宜に選択すると共に、ａ、ｂ〜ｄの定数
を任意に選択して所望の配光特性を求めれば良い、ｘＩ
の何次式を用いるかによって、更に定数の選択によって
、光度分布特性は床机に変化するので、実用上の精度範
囲において如何なる光度分布特性にすることも可能であ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

前項の従来技術において説明した公知例の配光パターン
（第９図）は、光源が点光源であると仮定しての説明で
あった。光源が点乃至小さい球状であれば第９図のよう
なパターンが得られる。

しかし、実際の光源バルブのフィラメントはコイル状で
あり、これを概略的に見ればコイル径の太さを有する棒
状の光源である。

而して、自動車用前照灯における所望の配光パターンは
、上下よりも左右に大きい広がりを有する形であるため
、該フィラメントを光軸に直交せしめて水平に配設され
る。

上記のようにフィラメントを配設したプロジェクタ型前
照灯で路上を照らすと、第２２図に示すようになる（本
図゛は左側通行の場合を描いである）。

同図において１１は自己車線側の路肩、１２は対向車線
側の路肩、１３は中央線である。

１４は自己者の進路を示しており、前照灯の光軸は略こ
の線１４方向に向けられている。

閉曲線１５ａ、　１５ｂ、　１５ｃは等照度曲線を示し
、１５ａは最大照度区域（ホットゾーン）の輪郭を模式
的に示し、１５ｃは照明区域の輪郭を模式的に示してい
る。

上記照明区域の輪郭線１５ｃの手前側（図において下方
の縁）がＷ字状に屈曲し１斑点を付して示した個所が照
明されない。

鎖線１５ｄは参考の為に付記したもので、照明区域の輪
郭の望ましい形状を描いである。照明区域の手前側はこ
の鎖線１５ｄのように略水平となって。

斑点を付して示したような照明の行き届かない区域を生
じないことが望まれる。

本発明の目的は、前記公知技術（特開昭６２−１８６４
０２号）の長所である「設計の自由度が大きいこと」を
損わず、しかも照明区域の輪郭線の手前側が略水平をな
すプロジェクタ型前照灯を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を解決するために創作した本発明のプロジェ
クタ型前照灯を、前記公知例と比較して説明すると次の
如くである。

前記公知例は、第１２図に示したようにリフレクタ６の
中央部を含む上下の太い帯状部（斑点を付した区域）を
回転楕円面状に構成し、その左右両端部（斑点を付して
いない区域）を特殊面（設計計算的に面素を組み上げた
面）としていたが、本発明の凹面鏡の構成を、実施例に
相当する第１図について説明すると次の如くである。

凹面鏡の中央の点Ｔから左下の部分、右下の部分にそれ
ぞれ副反射面７ａ、７ｂを設定する。

副反射面以外の区域（斑点を付して示す）は。

回転楕円面状の主反射面とする。

上記副反射面は、前記公知例について第１４図及び第１
５図で説明した手法を用い、所望の配光となるように、
かつ、この副反射面は光源バルブから入射した光を左右
に拡散させて反射するように面粗を組み上げた特殊面で
構成する。

〔作用〕

上記の構成がどのように作用するかを説明するに先立ち
、第２２図の線１５ｃの如く照明区域の輪郭線が屈曲す
る理由を、第２３図、第２４図について説明する。

第２３図（Ａ＋）に示した円形は凹面鏡を模式的に表わ
したものである０図示の点悲で反射したフィラメントの
像は、同図（Ａ２）に示したｎ′のような形に結像する
。この関係を同図（Ａ３）の如く表わすものとする。即
ち　ａｌの形はフィラメント像の形を示し、ｎ′の位置
は反射点を示している。

同様に、同図（Ｂ１）の点ｍで反射したフィラメント像
は同図（Ｂ２）のｍ′のような形となる。

これを同図（Ｂ３）のｍ′の如くに表わす。

同様に、同図（ｃ＋）の点ｎで反射したフィラメント像
は同図（ｃｚ）ｎ’の形となる。これを同図（ｃ３）の
ｎ′の如く表わす。

このようにして、凹面鏡上の中心部を除く各点に、反射
像の形を重ねて行くと、第２４図の如くになる。中心部
を除いたのは、凹面鏡の中心部は光源バルブ用ソケット
が設けられていて１反射鏡として作用しないからである
。

本第２４図から解るように、次記のような法則性が認め
られる。

（イ）中央部近傍で反射した像は大形で、正しい姿勢で
ある。

（ロ）上方又は下方へゆくに従って像は若干小さくなる
。

（ハ）右方又は左方へゆくに従って像は小さく、特に左
右に縮む。

（ニ）斜上、下方へゆくと、像は斜に傾いた姿勢になる
。

凹面鏡の中心部を除く各点での反射像を重ね合わせると
、２点鎖線で囲んで示した集合像ｔの如くになる。

本発明者の研究により、第２４図において中央よりも左
下、右下の１点鎖線で囲んだ区域７Ａ、７Ｂの反射像が
傾斜していることが、第２２図に示した照明区域輪郭線
１５ｃをＷ字状に歪ませている主因であることが判明し
た。

第２５図は、傾斜した反射像の影響を説明するための模
式図であって、前記の区域７Ａ、７Ｂ内に示した８個の
フィラメント像を重ね合わせて描いである。この第２５
図に実線で示したように、傾斜したフィラメント像が重
なると、その外周形状は破線で示したようになり、１６
ｕ、１６ｄの２カ所に凹みを生じる。上側の凹み１６ｕ
付近はシェードで覆われるので実害が無いが、下側の凹
み１６ｄが、第２２図の線１５ｃをＷ字状に歪ませてい
る主因である。

これを前掲の第１図について見れば、凹面鏡７の内で、
左下右部、右下方部の７ａ、７ｂで反射した像の傾きに
問題が有る。

そこで、この部分について、前記公知技術（特開昭６２
−１８６４０２号）の手法を適用して特殊形状の反射面
を構成し、フィラメント像を左右に拡散してやれば、第
２５図の凹み１６ｄが無くなり、従って第２２図の線１
５ｃが鎖線１５ｄのように矯正される。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例における凹面鏡７を模式的に描
いた正面図である。

凹面Ｒ７の中心点Ｔよりも左下の区域、及び右下の部分
に、それぞれ副反射面区域７ａ、７ｂを設定する。

上記副反射面区域７ａ、７ｂ以外の、斑点を付して示し
た部分は主反射面区域とし１回転楕円面状に構成する。

上記の主反射面をなす回転楕円面は、その第１焦点を光
源バルブ近傍に、第２焦点をシェード近傍に、それぞれ
位置せしめるように構成する。

前記主反射面区域（斑点部）は回転楕円面に構成するの
で、設計的自由度は比較的小さく、この主反射面で反射
された光束が形成する配光パターンはおのずから定まっ
てくる。

そこで、所望の配光パターンから上記主反射面の反射光
による配光パターンを差し引き、不足部を副反射面で補
うよう、前述の公知例（特開昭６２−１８６４０２号）
に開示された手法を応用し、面粗を組み上げて設計的に
形状を定める。この際、光源バルブから入射した光が左
右に拡散されて反射するように、この副反射面の形状を
定める。

本例における副反射面区域７ａ、７ｂは、光源バルブの
フィラメントの中心点から見て、左右方向に３０’〜４
５°、下方に３０’〜４５°の部分を含むように設定し
た。

第１図に示した副反射面区域７ａは、凹面鏡７に向かっ
て中心点よりも右下方に位置しているため、この部分を
回転楕円面状に構成した場合、この部分で反射されたフ
ィラメント像は第２図（Ａ）に実線で示した長方形１７
の如く傾斜した形となる。

しかし、本例の凹面鏡７の副反射面７ａは反射光を左右
に拡散させるように構成しであるので。

前記のフィラメント像１７（実線）が、鎖線で描いたフ
ィラメント像１７ａ〜１７ｎのように左右に拡散される
。

同様に、第１図に示した副反射面７ｂによって反射され
たフィラメント像は、第２図（Ｂ）に示したフィラメン
ト像１８ａ〜１８ｎの如く左右に拡散される。

左右に拡散されない場合のフィラメント像１７゜１８は
傾斜しているが、これを左右に拡散すると、拡散像はほ
ぼ水平な輪郭を有するものとなる。

第２図（ｃ）に示した１７′は、フィラメント像１７の
拡散像である。同様に１８′はフィラメント像１８の拡
散像である。

このようにして、第１図に示した副反射面７ａ。

７ｂで反射された光の像が第２図（ｃ）のようになる。

上記副反射面７ａ、７ｂ以外の主反射面（第１図斑点部
）で反射された光の像が、第２図（ｃ）に重畳して前方
に投射される。この実施例のプロジェクタ型前照灯の前
方１０ｍに設けたスクリーン上における配光パターンは
第２図（Ｄ）の如くになる。

この（Ｄ）図において鎖線で囲まれた部分はシェードで
遮られる部分である。

（Ｄ）図に示した配光パターンの等照度曲線は、図示の
Ｕ部に凹みがあるが、シェードで遮られる部分であるか
ら実害が無い。

本発明を実施する際、第１図に仮想線で示した７ｃ、７
ｄの如く、中心点Ｔの左上方、右上方にも副反射面を設
けると、第２図ＣＤ）に示した凹み部分Ｕを無くするこ
とが出来る。

〔発明の効果〕

以上に説明した如く、本発明のプロジェクタ型前照灯は
副反射面区域を設定して、この区域の面を面素に分割し
て組み上げる構成であるから、設計的自由度が大きく、
所望の配光パターンを得やすい。

特に、上記の副反射面は、フィラメント像を傾斜させる
傾向の強い個所（中心よりも左、右下方）に選んで、反
射光を左右に拡散させるように構成しであるので、フィ
ラメント像の傾斜に起因する配光パターンの歪みを生ぜ
ず、照明区域の輪郭線が水平となって、自動車直筒部付
近の路面を一様に照明することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示し。 第１図は凹面鏡の正面図を模式的に描いた説明図。 第２図は上記実施例における作用、効果の説明図である
。 第３図乃至第１０図は一般に用いられているプロジェク
タ型前照灯の説明図である。 第１１図乃至第２１図は、最新の公知技術（特開昭６２
−１８６４０２）に係るプロジェクタ型前照灯の説明図
である。 第２２図乃至第２５図は上記公知技術における問題点の
説明図である。 １ｍ・・・凹面反射鏡、２ｖ・・・光源バルブ、３・・
・凸レンズ、４ｓ・・・シェード、４ａ・・・シェード
上端に設けたカットライン、６・・・リフレクタ、７・
・・本発明の一実施例における凹面鏡、７ａ、　７ｂ・
・・副反射面区域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転楕円面状反射鏡の第１焦点近傍に光源バルブを
   設置し、上記光源バルブから出射した光を上記反射鏡で
   反射されて第２焦点近傍に結像させ、凸レンズによって
   前方に投射するプロジェクタ型前照灯であって、前記光
   源バルブのフィラメントを、前記反射鏡の光軸に直交せ
   しめて水平に設置したものにおいて、 （ａ）前記反射鏡の中央部よりも左下方の部分、及び右
   下方の部分を含む副反射面区域を設定し、 （ｂ）上記副反射面区域以外に主反射面を設定し、 （ｃ）上記主反射面区域の反射面は、第１焦点を光源バ
   ルブ近傍に置き第２焦点をシェード近傍に置く回転楕円
   状の面とし、 （ｄ）前記副反射面区域の反射面は、その反射面を構成
   する多数の面素を想定すると共に、所望の配光パターン
   に対応する光度分布から前記回転楕円状反射面による反
   射光の光度分布を減算した所望光度分布を設定し、前記
   多数の面素はそれぞれの入射光を左右方向に拡散して反
   射し、前記所望の光度分布を形成するように各面素の方
   向を設定し、これら多数の面素を組み上げて滑らかに連
   設したことを特徴とする、 プロジェクタ型の前照灯。