JPH0789446B2 - プロジエクタ型の前照灯 - Google Patents

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、例えば特
開昭58-209801号が公知である。

第18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。

110は楕円102の外側焦点、110は調光器、112は楕円101
の外側焦点、113はレンズである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の公知技術によってリフレクタを構成した場合、前
記の調光器111設置面における光度分布は第19図に示す
如くになる。この光度分布カーブは、前述の楕円の長，
短径化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。

第20図は上記公知例のプロジェクタ型前照灯の前方にス
クリーンを置いて照射したときの等照度曲線図表であ
る。この図表から明らかなように、この配光パターンは
左右の広がりが不充分である（左，右に20度の方向への
投射光が零である）。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、光度分布
を任意に設定することができ、しかも左右に広がりの大
きい配光パターンが得られ、その上、光源から出射する
光の有効利用率の大きいプロジェクタ型前照灯を提供し
ようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成する為、本発明のプロジェクタ型の前
照灯は、反射鏡の焦点近傍に光源バルブを設置し、上記
の光源から出射した光が反射鏡で反射されてカットライ
ンを有するシェード近傍で焦点を結び、凸レンズによっ
て前記反射光を前方に投射するプロジェクタ型車輌用前
照灯において、前記反射鏡の反射面を中央部と左右周辺
部と両者の中間部とに区分し、（ｉ）上記左右周辺部の
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）前記中間部の反射面は、前記光源バルブから
の入射光をシェードと光軸との交点から水平方向に離れ
た区域に向けて反射するように構成し、（iii）前記中
央部の反射面は、その水平断面が光源バルブ近傍に焦点
を置く放物線をなすように構成し、 上記中間部の反射面からの反射光の光路を、前記の光軸
と平行な垂直断面で見たときシェード上縁付近の１点に
集光し、上記集光点を立体的に見るとシェードの上縁に
沿って配光されているように構成したことを特徴とす
る。

〔作用〕

前記のように構成した前照灯の反射鏡においては、その
周辺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、（左右方向についての）中心
光度分布を上昇させるので、反射鏡の中間部付近の設計
が楽になる。そして、上記中間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くことにより、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。

この例のように、反射面を0.2mm平方の百数十万個の面
素に区分した場合、これらの面素の一つ一つについて
は、設計手法として平面であると見倣すことができる。
従って、想定された多数の面素の内で相互に隣接してい
る面素については、それぞれの面素の方向が算定されか
つ一方の面素の位置が与えられれば、他方の面素を設計
的に接続させることが可能である。

更に、中央部の放物面状の反射面は光束をほぼ平行に光
軸方向に反射するので、この平行光束を前面レンズで調
光すると左右に広がりの大きい配光パターンが得られ
る。

〔実施例〕

次に、本発明に係るプロジェクタ型車輌用前照灯の実施
例について、第１図乃至第11図を参照して詳細に説明す
るに先立ち、第12図乃至第14図を参照しつつ本発明の１
実施例についてその構成部材配置の概要を述べる。

第12図は、光軸Ｚを含む断面を模式図に描いて光路を付
記した説明図である。第13図は同じく光軸Ｚを含む垂直
断面に光路と付記した説明図、第14図は同じくレンズ側
から見た正面を模式的に描いた説明図である。

本発明に係るプロジェクタ型の自動車用前照灯の基本構
造は、凹面鏡の光軸と凸レンズの光軸とを一致せしめて
配設すると共に、前記凹面鏡の焦点近傍に光源バルブを
設置し、上記の光源から出射した光が凹面鏡で反射され
て凸レンズのメリジオナル像面に入射するように構成
し、かつ、上記メリジオナル像面の付近にカットライン
を備えたシェードを設けてなる。

１は凹面鏡、Ｆはその焦点である。上記の焦点Ｆ付近に
フイラメントが位置するように、光源バルブ２が設けら
れる。

前記の凹面鏡１と、光軸Ｚを共有せしめて凸レンズが設
けられる。

第12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12図，第13図において右方）に投射される。

本発明の実施例を描いた第12図，第13図を対照して容易
に理解できるように、凹面反射鏡１で反射された光束の
光路を、光軸Ｚと平行な垂直断面でみると、シェード４
の上縁付近の１点に集光している。実際には光源が点光
源でなくて若干の大きさを有していること等の影響を受
けるので文字通りの１点には集光しないが、小さい区域
に集光される。

そして、光軸Ｚと平行な水平断面で見ると、前記の反射
光束の光路は小局部に集光せず、シェード４の幅方向に
分布している。以上を総合して反射光の光路を立体的に
見ると、シェードの上縁付近の水平な線状の第２焦点を
結んでいる。この場合、第２焦点とは反射光の集光する
区域を意味し、立体幾何学的な１点ではない。

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第15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。ただし、本第15図は概要的な説明であって、厳
密に配光特性を表わしたものではないが、その特徴を模
式的に表わしている。この配光エリアが上下方向に狭
く、左右方向に長いのは、先に述べたように反射光束が
水平な線状の第２焦点に集光したからである。

第12図〜第14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４を設ける。詳しくは、第14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
にカットラインを形成してある。第16図は、前述の配光
パターンとシェード４との重なり具合を示す。本第16図
に表わされているように、光束の上半部は通過し、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。ただし、本第16図は、シェー
ドの作用を説明する為の概要図であって、配光特性を正
確に表わすものではない。

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16図を反転した形状のパターン
を形成する。第17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２図は本発明の１実施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１図に示
す。本第１図は前述の公知技術における第18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２図のIII−III断面を第３図
に示す。

第１図及び第２図に区域Ｃとして示した左右の周辺部
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２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１図に示した左右周辺部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，ロの如く該回転
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４と光軸ｚ−ｚとの交点上に置いた第２焦点）に
集中する。

第１図及び第２図に区域Ａとして示した中央部は、点Ｆ
を焦点とした回転放物面に構成してある。本発明を実施
する際、中央部Ａについては、少なくともその水平断面
が放物線をなすように構成する。その垂直断面形状は放
物線であっても良いし、後述する中間部Ｂの設計手法を
応用してこれを修正した形状とすることも出来る。

第２図において上記放物面状の区域に平行斜線を付して
ある。

第１図に示した中央部Ａの水平断面が放物線をなしてい
るので、焦点Ｆから矢印ホの如く入射した光は矢印への
如く光軸ｚ−ｚと平行に反射される。

このようにして、回転楕円状反射面Ｃの反射光によって
シェード４の中央付近の光度分布が大きくなると共に、
放物面状反射面Ａの反射光によってシェード４の周辺部
にまで配光されるので、上記C,A両区域以外の部分Ｂ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）、及び放物面状部Ａの
反射光で形成される光度分布（周辺にまで広がってい
る）』を差し引いた残りの光度分布を、C,A以外の部分
によって形成すれば良いことになる。

第１図に示した中間部Ｂ（第２図において斑点や平行斜
線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４図は、リフレクタ６の反射面の1/4について、これ
を多数の画素に分割した状態を模式化して描いた説明
図、第５図は画素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点に対応するリフレ
クタ６上の点Ｑの関係を求める（第１図参照）。即ち、
リフレクタ６の中心Ｔからx₁の距離にある微小面素の集
合Q₁−Ｑ−Q₂（第２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
−Ｔ−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。

上記の如く初期値を設定した面素の集合Q₃−Ｔ−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。

この場合、ある一つの面素を特定するために必要な事
は、 イ．特定しようとする面素が接続されるべき、隣接する
面のX,Y,Z座標値、および ロ．特定しようとする面素の方向（該面素の法線方向で
表わされる）。

である。

そこで第２図について考えると、ハッチングを付して示
した区域Ａは回転放物面であって、その光軸方向と焦点
位置とが既知であるから、これを計算的に線ａ−ｂ−ｄ
で切断すると、この切口付近の座標値が求められる。

従って、上記の切口の線ａ−ｂ−ｄに沿って該回転放物
面と接続されるべき微小面素の集合ａ−ｂ−ｃを考える
と、この集合を形成しているそれぞれの面素はその座標
値を算定することができる。

これにより、微小面素の集合ａ−ｂ−ｄについては、そ
れぞれの面素の方向が定まれば特定される。

前記のx_sとx₁とは関数関係をなし x_sｆ(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＋ｂ f(x₁)＝ax₁ ²＋bx₁＋ｃ f(x₁)＝ax₁ ³＋bx₁ ²＋cx₁＋ｄ f(x₁)＝a₁x₁ 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６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
７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
合の光度分布は第８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、放物面状反射面によ
る反射光は点線で示したように周辺まで広がった径とな
る。実際に有効に作用するのは上記三つのパターン（実
線と鎖線と点線と）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８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９図の如くであり、リフレク
タとシェードとの関係は第10図の如くになる。この場合
の配光特性は第11図に実線で示した如くで、前述の第８
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)＝a₁x₁ 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
度分布特性は著しく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にすることも可能で
ある。

ただし、上記の「実用上、如何なる特性も」とは、「中
央部において最大光度を有し、左右に対称に、中央から
離れるに従って光度が低下するというモード」の範囲内
において、如何なる光度分布特性にも対応し得るとの意
である。

第21図及び第22図は、第12図及び第13図に示した実施例
と異なる実施例を示し、前例と異なるところは次の如く
である。前例（第12図，第13図）のシェード４はメリジ
オナル像面ｉ−ｊに沿って円筒状に構成したのに比し、
本例（第21図，第22図）のシェード４′は、メリジオナ
ル像面ｉ−ｊに接し、かつ光軸Ｚに直交する平板状に構
成してある。

本例の如く構成しても、実用上必要とされる精度範囲内
において前例（第12図，第13図）と同様の効果が得られ
る。

第１図に鎖線で示した114は、従来技術における回転楕
円面状反射面を対比の為に示したものである。これを本
例の反射面１と比較して明らかなように、本発明を適用
して適切に設計すると、光学的性能の向上と併せて、前
照灯の光軸方向寸法を短縮（反射鏡の深を縮小）し得
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のプロジェクタ型前照灯
は、メリジオナル像面上の光度分布を任意に設定するこ
とができ、その結果容易に所望の配光パターンが得ら
れ、特に、中心光度が高くかつ周辺光度の広がりが大き
いように構成することができるという優れた実用的効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の特殊リフレクタを設計する
手法の説明図で、第２図はリフレクタの正面図を模式的
に描いた説明図。第１図はそのＩ−Ｉ水平断面図、第３
図は同じくIII−III垂直断面図である。 第４図は本発明の１実施例における特殊リフレクタを面
素に分割した状態の説明図、第５図は上記の面素におけ
る反射の状態を示す光路図である。 第６図乃至第11図は、本発明に係るリフレクタの設計方
法の説明図である。 第12図乃至第14図は本発明に係るプロジェクタ型前照灯
の概要的な構成の説明図であって、第12図は平面図、第
13図は側面図、第14図は正面図である。 第15図乃至第17図は上記プロジェクタ型前照灯の光学的
機能の説明図である。 第18図は公知のプロジェクタ型前照灯の説明図、第19図
及び第20図は上記前照灯の配光特性図表である。 第21図は前記と異なる実施例の平面図、第22図は同側面
図である。 １……凹面反射鏡、２……光源バルブ、３……凸レン
ズ、4,4′……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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反射鏡の焦点近傍に光源バルブを設置し、
   上記の光源バルブから出射した光が反射鏡で反射されて
   カットラインを有するシェード近傍で焦点を結び、凸レ
   ンズによって前記反射光を前方に投射するプロジェクタ
   型の前照灯において、前記反射鏡の反射面を中央部と左
   右周辺部と両者の中間部とに区分し、（ｉ）上記左右周
   辺部の反射面は、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）前記中間部の反射面は、前記光源バルブ
   からの入射光をシェードと光軸との交点からも水平方向
   に離れた区域に向けて反射するように構成し、（iii）
   前記中央部の反射面は、その水平断面が光源バルブ近傍
   に焦点を置く放物線をなすように構成し、かつ、上記中
   間部の反射面からの反射光の光路を、前記の光軸と平行
   な垂直断面で見たときシェード上縁付近の１点に集光
   し、上記集光点を立体的に見るとシェードの上縁に沿っ
   て配光されているように構成したことを特徴とする、プ
   ロジェクタ型の前照灯。