JP3958653B2 - ヘッドランプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘッドランプ、フォグランプなど主として車両用の照明用灯具として用いられているランプに関するものであり、詳細には第一焦点と第二焦点との２つの焦点を有する曲線である楕円を基本とする反射鏡が用いられ、第二焦点に収束する光源光の断面形状を投影レンズで照射方向に投影して配光特性を得る構成とされて、プロジェクタ型と称されているランプに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のプロジェクタ型と称されているランプ９０の構成の例を示すのが図５であり、光源９１を第一焦点とする回転楕円反射面、複合楕円反射面、若しくは、楕円自由曲面とした楕円系反射面９２と、投影レンズ９３と、必要に応じて設けられるシェード９４とから構成され、第二焦点に収束して生じる光源像を投影レンズ９３で拡大投影して照射光を得るものである。又、前記投影レンズ９３は前記楕円系反射面９２にレンズホルダ９５により取付けられている。
【０００３】
このとき、例えばすれ違い用配光など、上向き光を含まない配光特性が要求されるときには、シェード９４で光源９１から第二焦点に収束する光束の下半部を覆うものとすれば、投影レンズ９３から投影される光には一切上向きの光を含まないものとなり、所望の配光特性が得られるものとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の構成のプロジェクタ型ランプ９０においては、非球面レンズ９３の口径が小さく発光面積が大きくないことから、対向車或いは歩行者などから見た場合の視認性に劣るものとなる問題点も生じている。又、すれ違い配光を形成するときにはシェード９４により略半分の光量が遮蔽され、光源９１に対する光束利用率が低下する問題点も生じている。
【０００５】
さらに、プロジェクタ型ランプ９０の場合、外観は非球面レンズ９３のみ観視されるもので、この非球面レンズ９３は多少の大きさの差はあるものの、構成上の理由により形状的には全て略同一のものとなるため、差別化できず、意匠性に貧しいものとなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、光源と主反射面と投影レンズとを備えるプロジェクタ方式としたヘッドランプにおいて、投影レンズ周囲には上記光源からの光を照射する周囲発光部を備え、上記周囲発光部は、上記光源と上記投影レンズの間の位置から光を取り込む光導入部と光出射面を有する光透過性材料からなる導光体と、凹曲面からなる補助反射面と、前記導光体の光出射面の前方に配置されるＵ字形とした外周レンズとを備え、前記外周レンズは、前記光出射面に正対するＵ字形の両辺に囲まれた辺に相当する位置を前方側とし、その外側のＵ字形の辺を外周側とし、これら外周側及び前方側をシリンドリカル状レンズとし、上記外周レンズの外周側レンズは外周レンズと対向する補助反射面表面若しくは補助反射面の焦点位置に焦点を有さないシリンドリカル状レンズとしていることを特徴とするヘッドランプを提供することで課題を解決するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に示すものは本発明の第一実施形態であり、図中に符号１で示すものは本発明に係るヘッドランプである。このヘッドランプ１は長軸を略中心とした回転の軸Ｘとして楕円を回転して得られる主反射面としての楕円反射面２と、該楕円反射面２の第一焦点ｆ１の位置に設置された光源３と、前記楕円反射面２の第二焦点ｆ２の近傍に設置される遮蔽板４と、前記軸Ｘと同軸とした投影レンズ５と、前記投影レンズ５を前記楕円反射面２に取付けるためのレンズホルダ６とが設けられ、プロジェクタ方式を基本構成としているものである点は従来例のものと同様である。
【０００８】
ここで、本発明では前記楕円反射面２に加えて、光入射面１７と第二反射面７と第三反射面８と光出射面１８とを光透過性材料からなる導光体１６を図２に示すように点状に観視できるように設け、さらにこの前方に外周レンズとしてのリング状レンズ９を備える周囲発光部を投影レンズ周囲に設けるものであり、この第一実施形態においては、前記第二反射面７は、前記楕円反射面２と前記投影レンズ５の間に前記光源３から直接照射される光を前記導光体１６に備えられた前記光入射面１７を通して捕獲する位置に設けられるものであり、反射面を前記ヘッドランプ１の軸Ｘに対し略直交し、前記光源３からの光をヘッドランプ１の照射方向とは逆の後方へ反射するものである。ここで、第二反射面７及び第三反射面８は前記導光体１６の外側表面にアルミ蒸着などの反射手段を設けることが好ましい。
【０００９】
このときに、前記第二反射面７は前記投影レンズ５の近傍の外周に設けられるものであり、リング状又はリング状の一部を切り欠いた形状に設けられるものである。本第一実施形態の場合、前記楕円反射面２と前記投影レンズ５は前記レンズホルダ６により結合されているため、前記光源３からの光はこのレンズホルダ６により遮られるものとなるので、前記導光体１６に備えられた光入射面１７を通して第二反射面７へ向かう前記光源３からの光の光路上に開口を設けるなどして、光を照射できるようにしてなるものである。又、開口を形成せず、前記レンズホルダ６を光が透過可能な、透明部材で形成しても良い。
【００１０】
又、前記第三反射面８は前記第二反射面７で反射した前記光源３からの光を受ける位置に設けられるものであり、反射面は前記ヘッドランプ１の照射方向と略同一の方向へ向けられ、前記第三反射面８で反射された光は前記導光体１６に備えられた光出射面１８から放射される光と、光出射面１８から放射された光のうち光出射面１８の周辺に設けられた凹曲面からなる補助反射面１５で反射された光とに分けられてヘッドランプの前方へ放射される。前記第三反射面８の形状についてさらに詳細に説明すると、前記第二反射面７で反射する前記光源３の擬似光源３ａを想定し、この擬似光源３ａ近傍に第一焦点ｆ３を、Ｘ軸上に第二焦点ｆ４を有するように楕円を想定し、この楕円の一部を反射面としたものであり、この第三反射面８もリング状又は、前記第二反射面７に関連し、リング状の一部を切り欠いた形状とするものである。
【００１１】
ここで、前記楕円反射面２に対する第二反射面７、第三反射面８及びリング状レンズ９との位置関係について説明を行えば、先ず、第二反射面７は前記光源３からの光のうち、楕円反射面２が捕捉しない光の利用を目的として設けられるものであり、即ち、光源３からの直射光の捕捉を目的として設けられるものとなる。
【００１２】
従って、上記にも述べたように前記第二反射面７は楕円反射面２の前方に設けられるものとなるが、この方向には楕円反射面２からの反射光も放射されているので、干渉の発生を防ぐため、前記投影レンズ５の外周近傍に設けている。このとき、前記第二反射面７は前記レンズホルダ６が前記光源３との間に位置するため、前記レンズホルダ６には所定箇所に前記光源３からの光が前記導光体１６に備えられた光入射面１７を通して前記第二反射面７に到達するよう開口部などを設けてなるものである。
【００１３】
一方、第三反射面８においては、前記第二反射面７からの反射光を反射し、このヘッドランプ１の軸Ｘ方向に再度反射させるものであるので、前記第二反射面７より後方で、さらに外側にリング状に設けられるものとなる。この第三反射面８の反射面の形状は、前記第二反射面７に反射される前記光源３からの光の擬似光源３ａを想定し、この擬似光源３ａの位置に第一焦点ｆ３を有し、第二焦点ｆ４をＸ軸上に設定した楕円の一部を、前記ヘッドランプ１の軸Ｘ周りに回転してできるリング状のものである。
【００１４】
さらに、リング状レンズ９は断面形状がＵ字形をして前記ヘッドランプ１の軸Ｘ周りに回転してできているリング状又はリング状の一部を切り欠いたレンズとなっており、前記導光体１６の光出射面１８に正対するＵ字形の両辺に囲まれた辺に相当する位置の正面側レンズ９Ａが正面視で略リング状をしている。該正面側レンズ９Ａは上記第三反射面８の楕円の第一焦点ｆ３近傍に焦点を有する。本第一実施形態では、前記リング状レンズ９は、断面形状がＵ字形の各辺に相当するレンズ９Ａ、９Ｂ、９Ｃが非球面レンズであるシリンドリカル状レンズであり、焦点距離を５mm〜６０mm程度の範囲で調整している。なお、リング状レンズ９Ａの焦点位置は、必要とする配光に応じて前記第三反射面８の第一焦点ｆ３より後方に配置される。
【００１５】
さらに、本第一実施形態での断面形状がＵ字形のリング状レンズ９は、左記Ｕ字形の２辺で囲まれた正面側レンズ９Ａと外周側レンズ９Ｂ間の折部９Ｄ及び正面側レンズ９Ａと内周側レンズ９Ｃ間の折部９Ｅにおいて、各々の前記レンズ内面折部１２とレンズ外面折部１３の折部を結ぶ線が、上記折部において導光体１６の光出射面８から放射される光の放射方向と一致しない位置となるように各折点の位置を変えて設けている。
【００１６】
さらに、リング状レンズ９の外周側レンズ９Ｂは、ヘッドランプ１を観視した際に、肉厚感、クリスタル感が得られるようにするためにシリンドリカル状のレンズとしており、かつ、対向する反射面１５Ｂ表面若しくは反射面１５Ｂの焦点と外周側レンズ９Ｂの焦点が一致しないように設けてある。また、リング状レンズ９は断面形状がＵ字形の３辺のそれぞれに対応するシリンドリカル状レンズか、又は少なくとも片方の面が非球面であればよく、したがって、両面が非球面であるレンズであってもよい。また、内周側レンズ９Ｃはシリンドリカル状レンズ以外の形状としてもよい。
【００１７】
又、本第一実施形態では遮光板４を設けており、この遮光板４は、前記光源３からの光が前記第二反射面７へ達するのを遮蔽しないよう前記投影レンズ５側から前記楕円反射面２の第二焦点ｆ２の近傍へ、湾曲又は傾斜させるなどして設けている。
【００１８】
なお、上記第一実施形態の場合、レンズホルダ６を用いているため、前記導光体１６に備えられた光入射面１７を通して前記第二反射面７へ前記光源３からの光が照射できるよう前記レンズホルダ６にも光入射面１７に対応して開口部（図示せず）を設けているが、透明部材で前記レンズホルダ６を形成することも可能である。本第一実施形態では上記のようにしたが、前記第二反射面７及び第三反射面８は、外周の全域に設けるようにして、全周を発光させたり、レンズホルダ６にのみ開口部を設けて、部分的に照射されるようにしても良い。さらに開口部、前記第二反射面７や第三反射面８などの形状を変え、光が照射される形状を、三角形や四角形にすることも可能である。
【００１９】
次いで、上記の構成とした本発明のヘッドランプ１の作用及び効果について説明する。以上の構成において、前記楕円反射面２、遮光板４、投影レンズ５は第二反射面７及び第三反射面８が設けられるときにも、それらとの物理的、光学的干渉は生じないものとされているので、投影レンズ５からは従来通りのプロジェクタ方式としての光の投射が行われ、例えばすれ違いビーム用とした配光特性が得られるものとなる。
【００２０】
一方、前記第二反射面７は光源３からの直射光のみ反射し、この直射光を第三反射面８に反射する。このときに、前記第三反射面８は、前記光源３の光が前記第二反射面７により反射されるときの擬似光源３ａの位置に第一焦点ｆ３を、第二焦点ｆ４をＸ軸上とする楕円をＸ軸を中心として回転してできる反射面としているので、前記第三反射面８により反射された光は前記楕円の第二焦点ｆ４に向って一旦収束するものとなる。それゆえ、前記リング状レンズ９から照射される光は、拡散光として放射されるものである。
【００２１】
また、リング状レンズ９は断面形状がＵ字形の各辺に対応する断面が非球面レンズであるシリンドリカル状レンズであるため、昼間のヘッドランプ不点灯時にリング状レンズ９をリング状レンズを取り囲む適当な位置から見た場合、補助反射面１５が拡大して視認され、全体として見る方向に関係なく肉厚感、立体感、クリスタル感のある見え方を表現できる。特に外周側レンズ９Ｂのシリンドリカル状レンズを反射面１５Ｂ表面若しくは反射面１５Ｂの焦点とレンズ９Ｂの焦点を一致しないようにしているので奥行感のあるヘッドランプとすることができる。
【００２２】
さらに、リング状レンズ９は、断面形状がＵ字形の３辺で囲まれたレンズ内面折部１２とレンズ外面折部１３の折部を結ぶ線が、上記折部において導光体１６の光出射面８から放射される光の放射方向と一致しない位置となるようにレンズ内部折部１２、レンズ外部折部１３の位置を変えて設けてあるため、リング状レンズ９をリング状レンズ９を取り囲む適当位置から見た場合、前記レンズ内面折部１２とレンズ外面折部１３の重なる部分が目立たなく、全体として見る方向に関係なく切れ目がない連続性のある見え方が可能になる。
【００２３】
また、本第一実施形態では、リング状レンズ９の正面側レンズ９Ａのレンズ内面１０を断面直線状ではなく、略法線方向の直線部レンズ内面１０とランプ後方側に傾斜した傾斜部１１とすることで照射方向を広げて外観視の印象に連続性を高めている。なお、複数の傾斜部を有する多段の合成面としてもよい。
【００２４】
なお、前記第二反射面７、第三反射面８、リング状レンズ９は、基本構成を上記のものとするが、ヘッドランプ１の配光特性を適宜なものとするため、所定の角度に光を照射するよう、前記反射面の形状や角度を多少変化させたり、レンズにレンズカットを設けるなどすることは当然可能である。前記リング状レンズ９は凸レンズ形状やフレネルレンズ形状に設定し、配光を満足するものとし、さらに、フレネルレンズ形状とした場合には、レンズに肉厚感、クリスタル感を出すために分割のピッチを３mm以上に設定したりすることも可能である。
【００２５】
即ち、本発明によれば、従来の構成では回収することが不可能であった直射光を照射光として利用できるので、光源３に対する光束利用率を向上させることが可能となり明るいヘッドランプ１が実現できるものとなる。又、一般的に制御が行われていない直射光は幻惑光の要因など有害光となっていたが、本発明により第二反射面７と第三反射面８とで制御することで有効光となり、配光特性の質も向上する。
【００２６】
次に、図３に示すものは、本発明の第二実施形態であり、この第二実施形態においてもプロジェクタ方式のヘッドランプ、投影レンズ５の周囲に設けられた周囲発光部を備え、周囲発光部は光源３からの光を取り込む導入部である導光体１６、導入部を有する凹曲面からなる補助反射面１５、及びリング状レンズ９が設けられているものである点は前の第一実施形態と同様である。
【００２７】
但し、この第二実施形態が前記第一実施形態と異なる点は、光透過性材料からなる導光体１６に備えられている反射面が第四反射面１４のみであることにある。即ち、光源からの直接光は導光体１６に備えられた光入射面１７を通して第四反射面１４に照射され、ヘッドランプの照射方向へ反射されて導光体１６に備えられた光出射面８を通して前面に設けられたリング状レンズ９の方向に出射される。
【００２８】
次に、図４に示すものは、前記各実施形態をさらに改良したものであり、前記各実施形態では、前記ヘッドランプ１の前記投影レンズ５の周りに形成されるリング状レンズ９は、略円状のものであったが、本発明はこれに限定されるものでなく、図９のように前記投影レンズ５の周りに形成されるものであれば、リング状を変形し、ヘッドランプ１が取付けられる車両の形状に併せた異形の外周レンズとしても良いものである。
【００２９】
さらに、図示は省略するがヘッドランプ１として設けられるプロジェクタ方式においても、複数のプロジェクタランプを設け一つのヘッドランプ１として構成し、走行用ビームとすれ違い用ビームを形成するようにしたものでも良く、又、一つの楕円反射面２に対し複数の投影レンズ５を有するようなプロジェクタ方式のランプに採用することも可能である。そして、これらの投影レンズ５及びこの周りに形成されるリング状レンズ９についても、円形のものではなく、楕円形状、四角形状又はシリンドリカルレンズ形状等としても良い。なお、このような場合にはこの形状に対応して、他の反射面や導光体の形状も適宜な形状に当然変更されるものである。
【００３０】
以上、種々の実施形態について説明を行ったが、さらに上記各実施形態に追加して、前記凹曲面からなる補助反射面１５を、レンズ色以外の車体色に着色処理し、ランプとしての機能色を変えずに、前記リング状レンズ９を通して着色処理した前記補助反射面１５を外部から観視させ、外観を車体色や商品性を高める色にするなどの構成を設けても良い。又、前記補助反射面１５を形成する材料を、表面処理を不要とする高輝材料（高輝アルミ、高輝樹脂）にて形成しても良い。
【００３１】
又、投影レンズ５やリング状レンズ９は機能に必要な色を照射できるようにするため、直接着色したり、前記光源３と前記レンズ５、９との間に機能色に着色されたフィルターを設け、点灯時と非点灯時の見え方を違うものとすることなども当然可能である。加えて、導光体１６についても、灯具に必要となる機能色を発するよう着色された光透過性の材料によって形成しても良い。
【００３２】
さらに、前記第二反射面７、第三反射面８、リング状レンズ９により形成される光を、オーバーヘッドサインの配光規格を満足させるように形成するなど、ヘッドランプ１の配光位置とは別の位置へ照射することも当然可能であり、ヘッドランプ１の配光特性を自在に変化させることも可能となる。
【００３３】
なお、本発明と基本構成を同じくする特許が本出願人と同一出願人によってすでに「特願２００１−８９０７２号」として出願されている。本発明は前記特許に対してレンズに工夫を施して見え方を改善したもので、商品性の向上を実現できる技術を盛り込んでいる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明した本発明により、従来は無効となっていた光源からの直射光を第二反射面、第三反射面で回収し、照射方向に形状などが制御された状態で向かわせるものとして配光特性の形成に利用可能とし、この種のヘッドランプの明るさを増加させ、視認性の向上など性能向上に極めて優れた効果を奏するものである。
【００３５】
又、直射光を回収することで外部に放射される有害光も少なくなり幻惑の発生防止などの面でも優れた効果を奏し、加えて、第二反射面、第三反射面によりヘッドランプの発光面積も増大して対向車、歩行者などからの視認性も向上し、安全性向上の面でも優れた効果を奏するものとなる。
【００３６】
さらに、リング状レンズによりヘッドランプ内部が拡大されて見え、奥行き感のある外観が形成されるとともに、肉厚感、クリスタル感のあるものとなる。そして、投影レンズとリング状レンズのそのものの形状及び両者の位置に段差を設けるなどすることにより、３次元的な立体感のあるヘッドランプとすることができる。
【００３７】
又、前記リング状の補助反射面に、アルミ蒸着等の金属光沢処理や、他の着色処理を行うことにより、ヘッドランプとしてのクリスタル感や高級感及びメタリック感や、機能色を変えることなしにヘッドランプの外観を様々な色に見せることができ、商品性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るヘッドランプの第一実施形態を示す第２図のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】 第一実施形態に示すヘッドランプのリング状レンズの光照射部形状を示す正面図である。
【図３】 同じく本発明に係るヘッドランプの第二実施形態を示す断面図である。
【図４】 他の実施形態の要部を示す概略図である
【図５】 従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ……ヘッドランプ
２ ……楕円反射面
３ ……光源
３ａ……擬似光源
４ ……遮光板
５ ……投影レンズ
６ ……レンズホルダ
７ ……第二反射面
８ ……第三反射面
９ ……リング状レンズ
９Ａ……正面側レンズ
９Ｂ……外面側レンズ
９Ｃ……内面側レンズ
９Ｄ……折部
９Ｅ……折部
１０……レンズ内面
１１……傾斜部
１２……レンズ内面折部
１３……レンズ外面折部
１４……第四反射面
１５……補助反射面
１５Ｂ……反射面
１６……導光体
１７……光入射面
１８……光出射面
Ｘ ……ヘッドランプの軸

Claims (3)

1. 光源と主反射面と投影レンズとを備えるプロジェクタ方式としたヘッドランプにおいて、投影レンズ周囲には上記光源からの光を照射する周囲発光部を備え、上記周囲発光部は、上記光源と上記投影レンズの間の位置から光を取り込む光導入部と光出射面を有する光透過性材料からなる導光体と、凹曲面からなる補助反射面と、前記導光体の光出射面の前方に配置されるＵ字形とした外周レンズとを備え、前記外周レンズは、前記光出射面に正対するＵ字形の両辺に囲まれた辺に相当する位置を前方側とし、その外側のＵ字形の辺を外周側とし、これら外周側及び前方側をシリンドリカル状レンズとし、上記外周レンズの外周側レンズは外周レンズと対向する補助反射面表面若しくは補助反射面の焦点位置に焦点を有さないシリンドリカル状レンズとしていることを特徴とするヘッドランプ。
2. 上記外周レンズはＵ字形に配置した内周側レンズと前方側レンズと外周側レンズとを備え、内周側レンズと前方側レンズ間及び前方側レンズと外周側レンズ間のそれぞれの内面折部と外面折部とを結ぶ線が上記光源から取り込んだ光を略ヘッドランプの照射方向に放射する放射方向と一致しない位置に設けてあることを特徴とする請求項１に記載のヘッドランプ。
3. 上記外周レンズにおいて、前方側レンズ断面の内面側は少なくとも１以上の折部を有する直線で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のヘッドランプ。

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