JPH0770241B2

JPH0770241B2 - プロジェクタ型前照灯

Info

Publication number: JPH0770241B2
Application number: JP63144676A
Authority: JP
Inventors: 豊中田
Original assignee: Ichikoh Industries Ltd
Current assignee: Ichikoh Industries Ltd
Priority date: 1988-06-14
Filing date: 1988-06-14
Publication date: 1995-07-31
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: US4943894A; EP0346854B1; DE68920486D1; EP0346854A2; EP0346854A3; JPH01313801A; DE68920486T2

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
かも対向車に眩感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、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円部分
101,102の焦点105が、またすべての軸線方向断面の楕円
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。

1m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1mと、光軸Ｚ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4s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を形成してある。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Ci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10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10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62−186402
号「プロジェクタ型前照灯」が公知である。

上記公知記述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、（ｉ）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、（ii）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、反射鏡の左右周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，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0.2mm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、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−Ｉ断面を第11図に示す。本
第11図は前述の公知技術（特開昭58−209801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てある。また、第12図のIII
−III断面を第13図に示す。

第11図に区域Ｃ′として示した反射面中央部は、点Ｆを
第１焦点とした点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
て示してある。

第11図に示した中央部Ｃ′を回転楕円面に構成してある
ので、点Ｆに設けた光源から矢印イ，ロの誤く該回転楕
円面Ｃ′区域に入射した光は矢印ハ，ニの如く点S₁（シ
ェード4sと光軸ｙ−ｙ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、
シェード上における所望の光度分布から、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1/4のついて、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S₁から任意の距離x_Sの点Ｓ（第11図参
照）に対応するリフレクタ６上の点Ｑの関係を求める。
即ち、リフレクタ６の中心Ｔからx₁の距離にある微小画
素の集合Q₁−Ｑ−Q₂（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x₁＝０のとき、微小面素の集合Q₃−
Q₆−Q₄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。第12図と第13図と
を対比して容易に理解されるように、リフレクタの面上
においてx₁＝０の部分はリフレクタの中央であって、ｘ
＝0,y＝0,z＝０の点において座標原点を通っている。

このリフレクタの曲面が（0,0,0）の点を通る個所、す
なわち、第13図に見られるようにｘ−ｙ面に接してｚ座
標値が零の点を初期値とし、角画素の方向を算出しつつ
周辺に向かって曲面を延長してゆく。詳しくは次のとお
りである。

上記の如く初期値を設定した画素の集合Q₃−Q₆−Q₄の隣
接部については、前記の点S₁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x_Sとx₁との関数関係をなし x_S＝ｆ（x₁）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（x₁）＝ax₁＋ｂｆ（x₁）＝ax₁ ²＋bx₁＋ｃｆ（x₁）＝ax₁ ³＋bx₁ ²＋cx₁＋ｄｆ（x₁）＝₁x₁ ⁿ＋a₂x₁ ^n-1…a_nx₁＋a_n+1 ｆ（x₁）＝ae^bx1 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。a,b,c,dは定数で
ある。

以下、数例を挙げて説明する。

ｆ（x₁）＝ax₁＋ｂの場合において、ａ＝0.5、ｂ＝０と仮定するとｆ（x₁）＝0.5x₁となり x₁＝2,x_S＝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（シェードの上縁）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、次に、ｆ（x₁）＝ax₁ ²＋bx₁＋ｃにおいてａ＝0.125、ｂ＝０、ｃ＝０と仮定すると、ｆ（x₁）＝0.125x₁ ² となり、例えばx₁＝４、x_S＝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（x₁）＝ax₁ ³＋bx₁ ²＋cx₁＋ｄとし、更に、ｆ（x₁）＝₁x₁ ⁿ＋a₂x₁ ^n-1…a_nx₁＋a_n+1 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（x₁）＝ae^bx1 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。x₁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
度分布特性は広汎に変化するので、実用上の精度範囲に
おいて如何なる光度分布特性を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てある）。

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は自己車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、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てある。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62−186402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（設計計算的に画素を組み上げた面）
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
ぞれ含反射面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15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素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（A₁）に示した円形は凹面鏡を模式的に表わした
ものである。図示の点ｌで反射したフィラメントの像
は、同図（A₂）に示したｌ′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、
ｌ″の形はフィラメント像の形を示し、ｌ″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（C₁）の点ｎで反射したフィラメント像は
同図（C₂）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、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いることが判明した。

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てある。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、16u,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、
左下方部、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15c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。

凹面鏡７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、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、面素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゜〜45゜、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）で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てあるので、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〜1
7n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10
m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,7d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（Ｄ）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てあるので、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、自動車直前部付
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62−1864
02）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

【特許請求の範囲】

【請求項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
下方の部分に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、前記の光源バルブ
から出射した光を受光して、これを左右方向に拡散させ
て反射するように構成したことを特徴とする、プロジェ
クタ型前照灯。