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【発明の名称】 車両用前照灯
【発明者】 【氏名】中田 豊
【要約】 【課題】レンズ形状を変更することにより、内部をある程度見づらくすると共に新たな機能を有する車両用前照灯を提供する。

【解決手段】レンズ１の縦断面が凸形状で、レンズ１により内部が見づらくなるため、リフレクタ３の仕上げ作業が簡略になる。また、縦に長く横に小さい前照灯が得られるため、十分な横寸法の設置スペースを確保できないような車体デザインの場合に好適である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光源と、反射面が自由曲面のリフレクタと、プリズムのないレンズとから成り、リフレクタによる反射光がレンズを通過して所定の配光パターンで外部に照射される車両用前照灯であって、前記レンズは、縦断面が凸形状で、横断面が平形状であることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項２】 請求項１記載の車両用前照灯であって、リフレクタの反射面は、縦断面がレンズより小さい略双曲面で、横断面がレンズと略同サイズの略放物面であることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項３】 光源と、反射面が自由曲面のリフレクタと、プリズムのないレンズとから成り、リフレクタによる反射光がレンズを通過して所定の配光パターンで外部に照射される車両用前照灯であって、前記レンズは、縦断面が平形状で、横断面が凸形状であることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項４】 請求項３記載の車両用前照灯であって、リフレクタの反射面は、縦断面がレンズと略同サイズの略放物面で、横断面がレンズより小さい略双曲面であることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用前照灯であって、リフレクタの反射面に形成されている自由曲面が、ＮＵＲＢＳ（Non-UniformRational B-Spline Surface）であることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用前照灯であって、レンズにおける表面及び裏面の少なくともいずれか一方に、トーラス曲面又は自由曲面が形成されていることを特徴とする車両用前照灯。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レンズに配光用のプリズムを形成せずに、リフレクタの反射面を自由曲面にして、リフレクタ側に配光機能をもたせた車両用前照灯に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】車両の前照灯は、配光機能をどこにもたせるかによって３つのタイプに分けることができる。第１は、プロジェクタータイプで、楕円リフレクタの第一焦点に光源をおき、第二焦点に配光用のシェードを配置している。第２は、レンズ配光タイプで、レンズに配光用のプリズムを形成し、リフレクタは、単なる放物面になっている。第３は、リフレクタ配光タイプで、レンズには、配光用のプリズムを形成しない単なる素通しの平レンズを用い、その代わりに、リフレクタの反射面を自由曲面にして、リフレクタに配光機能をもたせている。特に、この第３のリフレクタ配光タイプとしては、図３０乃至図３３に示すものがある。
【０００３】即ち、図３０において、符号１２は光源である。この光源１２は、シングルフィラメント又はダブルフィラメントのハロゲンランプ、白熱灯、放電灯等（所謂Ｈ１，Ｈ３、Ｈ４，Ｈ７，Ｈ１１等）を使用する。この光源１２は、灯室２０内に配置されている。
【０００４】図３０において、符号１３はリフレクタである。このリフレクタ１３は、自由曲面の反射面が複合的に組み合わされてなる。このリフレクタ１３の反射面１４は、アルミ蒸着や銀色塗装等により、金属の高輝度感を呈する。また、この例におけるリフレクタ１３は、図３１に示すように、縦に６個に分割されている。この６個に分割された反射面ブロック（又は反射面セグメント）２１，２２，２３，２４，２５，２６（２１〜２６）の境界線（継ぎ目）は、図示のように反射面ブロック２１〜２６が独立して見えるものと、反射面ブロック２１から２６が連続して見えないものとがある。また、このリフレクタ１３においては、反射面ブロックを縦方向に分割したものであるが、横方向に分割したもの、放射方向に分割したもの、縦方向・横方向・放射方向を適宜に組み合わせたものであっても良い。即ち、デザインを考慮してリフレクタ１３の反射面ブロックを分割する。
【０００５】前記自由曲面からなるリフレクタ１３の詳細については、例えば、「Mathematical Elements for Computer Graphics」（Devid F. Rogers, J Alan Adams）に記載されている。即ち、平レンズ１５を使用した場合における前記リフレクタ１３の反射面１４は、下記数１の一般式で求められる。
【０００６】そして、下記数１の一般式のパラメトリック関数として、下記数２に示す。この下記数２のパラメトリック関数に、具体的な数値、例えば、放物面上のポイント等を代入することにより、レンズ１５を使用した場合におけるリフレクタ１３の具体的な反射面１４が得られる。
【０００７】
【数１】

【０００８】
【数２】

【０００９】このリフレクタ１３の焦点Ｆにおいては、厳密な意味での単一の焦点を有していないが、複数の反射面１４相互の焦点距離の差異が僅少であり、ほぼ同一の焦点を共有しているので、このほぼ同一の焦点を本明細書においては疑似焦点（又はただ単に焦点）と言う。同様に、このリフレクタ１３の光軸Ｚ−Ｚにおいては、厳密な意味での単一な光軸を有していないが、複数の光軸の差異が僅少であり、ほぼ同一の光軸を共有しているので、このほぼ同一の光軸を本明細書及び本図面においては疑似光軸（又はただ単に光軸）Ｚ−Ｚと呼ぶことにする。なお、前記リフレクタ１３は、ランプハウジングと別体のものであっても良い。
【００１０】図３０において、符号１５はレンズである。該レンズ１５は、外面と内面とがほぼ平行をなす平レンズ、所謂素通しのレンズ（本明細書においては、平レンズと称する）である。なお、この平レンズ１５の外面、内面は、平面でも曲面でも良い。この平レンズ１５と前記リフレクタ１３とにより、前記灯室２０が画成される。
【００１１】前記光源１２を点灯すると、該光源１２からの光Ｌ１が、リフレクタ１３で反射され、その反射光Ｌ２が平レンズ１５を経て、出射光Ｌ３として外部に所定の配光パターンで照射される。ここで、所定の配光パターンとは、欧州配光規格ＥＣＥＲeg.、或いはそれに準じたもの（例えば、日本国内型式認定基準）、北米配光規格、ＦＭＶＳＳなどの配光規格に適合する配光パターンをいう。そして、図３２に示すように、この所定の配光パターンは、ロービームの配光パターンである。この図示のロービームの配光パターンは、左側通行区分のものであり、右側通行区分のロービームの配光パターンは、この図示のロービームの配光パターンと左右逆になる。
【００１２】図３２に示す所定のロービームの配光パターンは、リフレクタ１３の反射面１４の各反射面ブロック２１〜２６で制御される。即ち、図３１に示すリフレクタ１３の反射面１４のうち、左から１番目の反射面ブロック２１においては、図３３（Ａ）に示す配光パターンが、左から２番目の反射面ブロック２２においては、図３３（Ｂ）に示す配光パターンが、左から３番目の反射面ブロック２３においては、図３３（Ｃ）に示す配光パターンが、左から４番目の反射面ブロック２４においては、図３３（Ｄ）に示す配光パターンが、左から５番目の反射面ブロック２５においては、図３３（Ｅ）に示す配光パターンが、左から６番目の反射面ブロック２６においては、図３３（Ｆ）に示す配光パターンが、それぞれ制御されて得られ、この各反射面ブロック２１〜２６により制御されて得られた配光パターン（図３３（Ａ）乃至（Ｆ））を合成することにより、図３２の所定のロービームの配光パターンが得られることとなる。尚、図３２に示す所定のロービームの配光パターン以外にも、ハイビーム用の光源（図示せず）及びリフレクタ３により、図示しない所定のハイビームの配光パターンが得られる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このようなリフレクタ配光タイプの前照灯にあっては、リフレクタ１３の反射面１４を特殊な自由曲面にすることにより、どのような配光パターンでも生成可能である反面、レンズ１５には、プリズムのない素通しの平レンズを使うため、外部から前照灯の内部のリフレクタ１３がハッキリと見えてしまう。そのため、リフレクタ１３の反射面１４の表面の仕上げ加工としては、反射に必要な光学性能以上に、見た目においても綺麗になるように入念に行う必要があり、作業自体が大変に煩雑なものになっている。
【００１４】また、リフレクタ配光タイプの場合は、リフレクタ１３側に配光機能をもたせているため、レンズ１５の形状に配光上の制約がなく、自由な形状が採用できる。つまり、どのようなレンズ１５の形状を採用しても、その形状に応じてリフレクタ１３側の反射面１４を設計すれば良いため、レンズ１５の形状の自由度が高いことになる。そのため、レンズ１５の形状を自由に変更することにより、新たな機能を有する前照灯が得られる可能性が高くなり、その具体的な構造の提案が待たれている。
【００１５】この発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、レンズ形状を変更することにより、内部をある程度見づらくすると共に新たな機能を有する車両用前照灯を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、光源と、反射面が自由曲面のリフレクタと、プリズムのないレンズとから成り、リフレクタによる反射光がレンズを通過して所定の配光パターンで外部に照射される車両用前照灯であって、前記レンズは、縦断面が凸形状で、横断面が平形状である。
【００１７】請求項１記載の発明によれば、レンズの縦断面が凸形状であるため、プリズムが形成されていなくても、レンズにより光が大きく屈折して内部が見づらくなる。従って、従来のように、見映えを考慮して、リフレクタの反射面を光学的な必要性以上に入念に仕上げる必要性がなく、リフレクタの仕上げ作業が簡略になる。
【００１８】また、レンズの縦断面が凸形状で横断面が平形状であるということは、縦ではリフレクタにより拡散された光を光軸に略沿った方向に集光し、横ではリフレクタにより反射された光がそのまま光軸に略沿った方向に通過しながら、光を所定の配光パターンで外部へ照射することができる。従って、縦に長く横に小さい前照灯を得やすく、前照灯が組み込まれるフロント部に、十分な横寸法の設置スペースを確保できないような車体デザインの場合に好適である。更に、レンズの横断面が平形状のため、レンズをガラス製にした場合は、レンズの研磨加工が行い易く、レンズの製造性の面で優れている。
【００１９】請求項２記載の発明は、リフレクタの反射面が、縦断面は略双曲面で、横断面は略放物面である。
【００２０】請求項２記載の発明によれば、リフレクタの反射面が、縦断面では略双曲面のために、光を縦に拡散した状態でレンズに導くことができ、また横断面では略放物面のために、光を光軸に略沿った状態でレンズに導くことができる。従って、縦断面が凸形状で横断面が平形状であるレンズとの組み合わせに最適で、縦に長く横に小さい前照灯を得やすい。
【００２１】請求項３記載の発明は、光源と、反射面が自由曲面のリフレクタと、プリズムのないレンズとから成り、リフレクタによる反射光がレンズを通過して所定の配光パターンで外部に照射される車両用前照灯であって、前記レンズは、縦断面が平形状で、横断面が凸形状である。
【００２２】請求項３記載の発明によれば、レンズの横断面が凸形状であるため、プリズムが形成されていなくても、レンズにより光が大きく屈折して内部が見づらくなる。従って、従来のように、見映えを考慮して、リフレクタの反射面を光学的な必要性以上に入念に仕上げる必要性がなく、リフレクタの仕上げ作業が簡略になる。
【００２３】また、レンズの縦断面が平形状で横断面が凸形状であるということは、縦ではリフレクタにより反射された光がそのまま光軸に略沿った方向に通過し、横ではリフレクタにより拡散された光を光軸に略沿った方向に集光しながら、光を所定の配光パターンで外部へ照射することができる。従って、縦に小さく横に長い前照灯を得やすく、前照灯が組み込まれるフロント部に、十分な上下寸法の設置スペースを確保できないような車体デザインの場合に好適である。更に、レンズの縦断面が平形状のため、レンズをガラス製にした場合は、レンズの研磨加工が行い易く、レンズの製造性の面で優れている。
【００２４】請求項４記載の発明は、リフレクタの反射面が、縦断面は略放物面で、横断面は略双曲面である。
【００２５】請求項４記載の発明によれば、リフレクタの反射面が、横断面では略双曲面のために、光を横に拡散した状態でレンズに導くことができ、また縦断面では略放物面のために、光を光軸に略沿った状態でレンズに導くことができる。従って、縦断面が平形状で横断面が凸形状であるレンズとの組み合わせに最適で、横に縦に長く縦に小さい前照灯を得やすい。
【００２６】請求項５記載の発明は、リフレクタの反射面に形成されている自由曲面が、ＮＵＲＢＳ（Non-Uniform Rational B-Spline Surface）である。
【００２７】請求項５記載の発明によれば、リフレクタの自由曲面がＮＵＲＢＳのため、コンピュータシミュレートによる配光特性の分析により、理想的な配光パターンをもった前照灯の設計が容易である。
【００２８】請求項６記載の発明は、レンズにおける表面及び裏面の少なくともいずれか一方に、トーラス曲面又は自由曲面が形成されている。
【００２９】請求項６記載の発明によれば、レンズの表面や裏面にもトーラス曲面又は自由曲面を形成したため、リフレクタだけでなくレンズにも配光機能をもたせることができ、より理想的な配光パターンが得られるようになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
【００３１】この発明の第１実施形態を、図１〜図１４に基づいて説明する。この実施形態は、車両、例えば自動車の前照灯に関するものであり、該前照灯は、図示せぬランプハウジングの前面にレンズ１を備え、内部に光源２と、リフレクタ３を設けた構造になっている。尚、Ｓは光軸を示している。
【００３２】前記レンズ１は、図１乃至図４に示すように、外形が縦長の長方形で、縦断面が凸形状で、横断面が平形状であり、配光のためのプリズムは形成されていない。但し、その表面及び裏面には、配光用の自由曲面であるＮＵＲＢＳ（Non-Uniform Rational B-Spline Surface）が形成されている。レンズ１は、ガラス製でも、樹脂製でも良いが、この実施形態では、ガラスで形成している。レンズ１をこのようにガラス製にした場合は、レンズ１の横断面が前述のように平形状のため、レンズ１の研磨加工が行い易く、レンズ１の製造性の面で優れている。
【００３３】前記光源２は、前記光源１２同様に、シングルフィラメント又はダブルフィラメントのハロゲンランプ、白熱灯、放電灯等（所謂、Ｈ１、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ７、Ｈ１１等）を使用する。
【００３４】前記リフレクタ３の反射面４は、アルミ蒸着や銀色塗装等により、金属の高輝度感を呈している。リフレクタ３は、ランプハウジングと一体でも別体でも良い。リフレクタ３は、レンズ１よりも小さく、縦断面及び横断面とも略楕円面である。そして、この反射面４は、図６（ａ）に示すように、横に６個に分割されている。この６個に分割された反射面ブロック（若しくは反射面セグメント）２１，２２，２３，２４，２５，２６（２１〜２６）の境界線（繋ぎ目）は、図示のように反射面ブロック２１〜２６が独立して見えるものと、反射面ブロック２１〜２６が連続して見えないものとがある。
【００３５】図７は、本発明の前照灯におけるリフレクタ３の製造方法の一実施形態を示したフローチャートであり、以下詳細に説明する。
【００３６】まず、■において、マイクロコンピュータ（図示せず）にデータを入力する。このデータは、例えば、データベースの設計仕様等から、前照灯自体のデザイン及び前照灯を搭載する自動車のデザインを考慮して選定される。このデータとしては、光源２の種類、リフレクタの大きさ及び表面形状、リフレクタの反射面ブロックの分割、平レンズ１５の大きさ及び表面形状並びに裏面形状、目標配光パターン等々である。
【００３７】次に、■において、前記■で入力されたデータに基づいて、平レンズ１５との組み合わせにより、目標配光パターン（図３２，図３３）が得られるように、リフレクタを仮設定する処理が行われる。この仮設定リフレクタは、ＮＵＲＢＳの自由曲面におけるコントロールポイント、法線ベクトル等に基づいて自動的に設定される。
【００３８】続いて、■において、前記■の処理により得られた仮設定リフレクタをそのまま変えずに、平レンズ１５を縦断面が凸状、横断面が平状のレンズ１に変える処理が行われる。この時に、レイトレーシング手法により、モデル化された光源２からの光Ｌ１がリフレクタの反射面で反射し、その反射光がレンズで屈折されて、その後出射光として前方のスクリーン（図示せず）上に到達して作られるイメージの配光パターン（図示省略）が計算して得られる。
【００３９】■において、前記■の処理により得られる目標配光パターン（図３２）と、前記■の処理により得られる配光パターンとのずれを算出する処理が行われる。このずれは、レンズ１における光の屈折により生じるものである。
【００４０】■及び■において、前記■の処理により算出されたずれが０となるように、仮設定リフレクタをレンズ１用のリフレクタ３に本設定する処理が行われる。即ち、前記■の処理により得られる配光パターンが前記■の処理により得られる目標配光パターン（図３２）となるように、リフレクタのＮＵＲＢＳの自由曲面を自動的に修正変形して最適なＮＵＲＢＳの自由曲面を形成するものである。この■及び■の処理は、レイトレーシング手法により、光源１からの光Ｌ１がリフレクタで反射し、その反射光がレンズで屈折され、その後出射光として前方のスクリーン（図示せず）上に到達する、光線追跡計算を繰り返すものである。
【００４１】そして、前記ずれがほぼ０になったところで、レンズ１用のリフレクタ３が本設定されたことになり、■において、本設定されたリフレクタ３が出力される。
【００４２】このように、この実施形態における本発明の製造方法は、内部の金属の高輝度感が失われずに、内部をある程度見難くし、且つ光学設計上の自由度が大である前照灯におけるリフレクタ３を製造することが出来る。しかも、前記■、■、■、■、■の処理、即ち、リフレクタ３の仮設定工程、ずれ算出工程、リフレクタの本設定工程を、コンピュータで所定のプログラムに従って処理することにより、前記前照灯におけるリフレクタ３を高精度、高速度、高自由度に製造することができる。
【００４３】次に、本発明のレンズ１を有する前照灯と、従来の平レンズ１５を有する前照灯との光学設計シュミレーションを試行した結果について詳細に説明する。図５は、光学設計シュミレーションに入力するデータを示した説明図である。この図５におけるデータ寸法は、それぞれ以下の通りである。
Ａr＝１２０mm（リフレクタ３の横寸法）
Ｂr＝８０mm（リフレクタ３の縦寸法）
Ａl＝１２０mm（レンズ１の横寸法）
Ｂl＝１２０mm（レンズ１の縦寸法）
Ｔ＝２０mm（レンズ１（光軸Ｚ−Ｚにおける）肉厚寸法）
Ｓv＝０°（レンズ１（光軸Ｚ−Ｚにおける）側面傾斜角度）
Ｓh＝０°（レンズ１（光軸Ｚ−Ｚにおける）平面傾斜角度）
Ｒvo＝１４００mm（レンズ１の表面の側面光軸Ｚ−Ｚにおける曲率半径）
Ｒho＝１４００mm（レンズ１の表面の平面光軸Ｚ−Ｚにおける曲率半径）
Ｒvi＝１３０mm（レンズ１の裏面の側面光軸Ｚ−Ｚにおける曲率半径）
Ｒhi＝１４００mm（レンズ１の裏面の平面光軸Ｚ−Ｚにおける曲率半径）
Ｆ＝２２mm（焦点距離）
Ｌf＝４．６mm（光源２のフィラメントの長さ）
Ｒf＝０．７３mm（光源２のフィラメントの半径）
【００４４】前記データを下記の表１の値に入力する。尚、条件としては、欧州配光規格ＥＣＥＲeg．を満足し、リフレクタ３の大きさと光源２は同じものとする。
【００４５】
【表１】

【００４６】かかる前照灯の光源２を点灯すると、下記の表２の結果が得られる。
【００４７】
【表２】

【００４８】前記光源２を点灯すると、該光源２からの光Ｌ１がリフレクタ３で反射され、その反射光Ｌ２，Ｌ３がレンズ１を経て、出射光Ｌ４，Ｌ５として外部に所定の配光パターンで照射される。該所定の配光パターンとは、欧州配光規格ＥＣＥＲeg.、或いはそれに準じたもの（例えば、日本国内型式認定基準）、北米配光規格、ＦＭＶＳＳなどの配光規格に適合する配光パターンをいう。そして、図８に示すように、この所定の配光パターンは、ロービームの配光パターンである。この図示のロービームの配光パターンは、左側通行区分のものであり、右側通行区分のロービームの配光パターンは、この図示のロービームの配光パターンと左右逆になる。
【００４９】図８に示す所定のロービームの配光パターンは、リフレクタ３の反射面４の各反射面ブロック２１〜２６で制御される。即ち、図６（ａ）に示すリフレクタ３の反射面４のうち、左から１番目の反射面ブロック２１においては、図９に示す配光パターンが、左から２番目の反射面ブロック２２においては、図１０に示す配光パターンが、左から３番目の反射面ブロック２３においては、図１１に示す配光パターンが、左から４番目の反射面ブロック２４においては、図１２に示す配光パターンが、左から５番目の反射面ブロック２５においては、図１３に示す配光パターンが、左から６番目の反射面ブロック２６においては、図１４に示す配光パターンが、それぞれ制御されて得られ、この各反射面ブロック２１〜２６により制御されて得られた配光パターン（図９乃至図１４）を合成することにより、図８の所定のロービームの配光パターンが得られることとなる。
【００５０】理論上のリフレクタ３の設計では、光源２を点光源として作成するが、実際には、図１、図２に明らかなように、フィラメントの長さをもっているので、光源２には前後幅を有している。
【００５１】このため、例えば、図６（ａ）に示すように、光源２に一番近い反射面ブロック２３におけるリフレクタ３の反射面４における一ポイントＰ１で、光源２の光が反射された際に、光源（フィラメント）２の後端ｂからの出射光Ｌ４は、図１に示すように、投影された状態における水平線Ｓ１に対して角度θ１分だけ下側に出射され、光源（フィラメント）２の前端ａからの出射光Ｌ５は、投影された状態における水平線Ｓ１に対して角度θ２分だけ下側に出射される。出射された光Ｌ４，Ｌ５が、スクリーン（図示せず）上では、図６（ｂ）及び図１１に示すように、略中央部に上下に長尺状であり且つ光源２からの左右方向のズレ分だけ少し傾きをもって投影される。前記レンズ１から出射される出射光Ｌ４，Ｌ５の投影された状態における水平線Ｓ１に対しての角度θ１、θ２は、スクリーン（図示せず）上の水平線Ｈ−Ｈからレンズ１からの角度θ１、θ２と同じ角度で投影されている。
【００５２】また、例えば、図６（ａ）に示すように、光源２から最も遠い反射面ブロック２１におけるリフレクタ３の反射面４における一ポイントＰ２で、光源２の光が反射された際に、光源（フィラメント）２の後端ｂからの出射光Ｌ４は、図２に示すように、投影された状態における垂直線Ｓ２に対して角度θ３分だけ内側に出射されるが、光源（フィラメント）２の前端ａからの出射光Ｌ５は、投影された状態における垂直線Ｓ２に対して角度θ４分だけ外側に出射される。出射された光Ｌ４，Ｌ５が、スクリーン（図示せず）上では、図６（ｂ）及び図９に示すように、略中央部に左右に長尺状に投影される。前記レンズ１から出射される出射光Ｌ４，Ｌ５の投影された状態における垂直線Ｓ２に対しての角度θ３、θ４は、スクリーン（図示せず）上の垂直線Ｖ−Ｖからレンズ１からの角度θ３、θ４と同じ角度で投影されている。
【００５３】尚、図８に示す所定のロービームの配光パターン以外にも、ハイビーム用の光源（図示せず）及びリフレクタ３により、図示しない所定のハイビームの配光パターンが得られる。
【００５４】つまり、前記反射面４に形成された自由曲面は、それによって生成される配光パターンをコンピュータシミュレートして配光特性を分析し、最適な配光パターンになるように形成されたものである。従って、この反射面４による反射光Ｌ２，Ｌ３がレンズ１を通過して外部に照射される時の出射光Ｌ４，Ｌ５の配光パターンは、すれ違い、走行パターンともにバランスのとれた最適なものである。しかも、この実施形態では、レンズ１の表面や裏面にも自由曲面（ＮＵＲＢＳ）を形成したため、リフレクタ３だけでなくレンズ１にも配光機能をもたせることができ、より理想的な配光パターンが得られるようになる。
【００５５】そして、特にこの実施形態では、レンズ１の縦断面が凸形状であるため、プリズムが形成されていなくても、外部から見た場合に、レンズ１により光が大きく屈折して内部が見づらくなる。従って、従来のように、見映えを考慮して、リフレクタ３の反射面４を光学的な必要性以上に入念に仕上げる必要性がなく、リフレクタ３の仕上げ作業が容易になる。
【００５６】また、レンズ１の縦断面が凸形状で横断面が平形状であるということは、縦では、リフレクタ３の略双曲面により拡散された光を光軸Ｓに略沿った方向に集光し、横では、略放物面により反射された光がそのまま光軸Ｓに略沿った方向に通過しながら、光を所定の配光パターンで外部へ照射することができる。従って、前述のような縦長のレンズ１を用いた、縦に長く横に小さい前照灯を形成することができ、前照灯を組み込むべきフロント部に、十分な横寸法の設置スペースを確保できないような車体デザインの場合に好適である。
【００５７】以上のように、レンズ１の形状を従来の単なる平形状から、この実施形態のように縦断面は凸形状で、横断面は平形状に変形することにより、現在の多様化した車体デザインの要望に応え得る新たな機能（横寸法の小さい設置スペースにも組み込める機能）を有する前照灯の実現が可能になった。
【００５８】次に、この発明の第２実施形態を図１５〜図２８に基づいて説明する。この実施形態は、第１実施形態と主に異なる点は、レンズが、外形が横長の長方形で、縦断面が平形状で、横断面が凸形状である点であり、他は同一である。
【００５９】即ち、符号５はレンズで、該レンズ５は、図１５乃至図１８に示すように、外形が横長の長方形で、縦断面が平形状で、横断面が凸形状であり、配光のためのプリズムは、形成されていない。但し、レンズ５の表面及び裏面には、配光用の自由曲面であるＮＵＲＢＳ（Non-Uniform Rational B-Spline Surface）が形成されている。レンズ５は、ガラス製でも、樹脂製でも良いが、この実施形態では、ガラスで形成している。レンズ５をこのようにガラス製にした場合は、レンズ５の縦断面が前述のように平形状のため、レンズ５の研磨加工が行い易く、レンズ５の製造性の面で優れている。
【００６０】前記光源２は、前記光源１２同様に、シングルフィラメント又はダブルフィラメントのハロゲンランプ、白熱灯、放電灯等（所謂、Ｈ１、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ７、Ｈ１１等）を使用する。
【００６１】前記リフレクタ６の反射面７は、アルミ蒸着や銀色塗装等により、金属の高輝度感を呈している。リフレクタ６は、ランプハウジングと一体でも別体でも良い。リフレクタ６は、レンズ５よりも小さく、縦断面及び横断面とも略楕円面である。そして、この反射面７は、図２０（ａ）に示すように、縦に５個分割され、且つ横に一部が分割され、合計７個に分割されている。この７個に分割された反射面ブロック（若しくは反射面セグメント）２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３（２７〜３３）の境界線（繋ぎ目）は、図示のように反射面ブロック２７〜３３が独立して見えるものと、反射面ブロック２７〜３３が連続して見えないものとがある。
【００６２】リフレクタ３の製造方法の実施形態は、前記した第１実施形態と同じ為、説明を割愛する。但し、レンズの縦断面が凸形状で、横断面が平形状である点で、異なる。
【００６３】次に、本発明のレンズ５を有する前照灯と、従来の平レンズ１５を有する前照灯との光学設計シュミレーションを試行した結果について詳細に説明する。図１９は、光学設計シュミレーションに入力するデータを示した説明図である。この図１９におけるデータ寸法は、それぞれ以下の通りである。
Ａr＝１００mm（リフレクタ６の横寸法）
Ｂr＝１００mm（リフレクタ６の縦寸法）
Ａl＝１２０mm（レンズ５の横寸法）
Ｂl＝１００mm（レンズ５の縦寸法）
Ｔ＝２８mm（レンズ５（光軸Ｚ−Ｚにおける）肉厚寸法）
Ｓv＝０°（レンズ５（光軸Ｚ−Ｚにおける）側面傾斜角度）
Ｓh＝０°（レンズ５（光軸Ｚ−Ｚにおける）平面傾斜角度）
Ｒvo＝１４００mm（レンズ５の表面の側面光軸Ｚ−Ｚにおける曲率半径）
Ｒho＝−３００mm（レンズ５の表面の平面光軸Ｚ−Ｚにおける曲率半径）
Ｒvi＝１４００mm（レンズ５の裏面の側面光軸Ｚ−Ｚにおける曲率半径）
Ｒhi＝２００mm（レンズ５の裏面の平面光軸Ｚ−Ｚにおける曲率半径）
Ｆ＝１８mm（焦点距離）
Ｌf＝４．６mm（光源２のフィラメントの長さ）
Ｒf＝０．７３mm（光源２のフィラメントの半径）
【００６４】前記データを下記の表１の値に入力する。尚、条件としては、欧州配光規格ＥＣＥＲeg．を満足し、リフレクタ６の大きさと光源２は同じものとする。
【００６５】
【表３】

【００６６】かかる前照灯の光源２を点灯すると、下記の表２の結果が得られる。
【００６７】
【表４】

【００６８】前記光源２を点灯すると、該光源２からの光がリフレクタ６で反射され、その反射光Ｌ２，Ｌ３がレンズ５を経て、出射光Ｌ４，Ｌ５として外部に所定の配光パターンで照射される。該所定の配光パターンとは、欧州配光規格ＥＣＥＲeg.、或いはそれに準じたもの（例えば、日本国内型式認定基準）、北米配光規格、ＦＭＶＳＳなどの配光規格に適合する配光パターンをいう。そして、図２１に示すように、この所定の配光パターンは、ロービームの配光パターンである。この図示のロービームの配光パターンは、左側通行区分のものであり、右側通行区分のロービームの配光パターンは、この図示のロービームの配光パターンと左右逆になる。
【００６９】図２１に示す所定のロービームの配光パターンは、リフレクタ６の反射面７の各反射面ブロック２７〜３３で制御される。即ち、図２０（ａ）に示すリフレクタ６の反射面７のうち、左から１番目の反射面ブロック２７においては、図２２に示す配光パターンが、左から２番目で上側の反射面ブロック２８においては、図２３に示す配光パターンが、左から２番目で下側の反射面ブロック２９においては、図２４に示す配光パターンが、左から３番目で上側の反射面ブロック３０においては、図２５に示す配光パターンが、左から３番目で下側の反射面ブロック３１においては、図２６に示す配光パターンが、左から４番目の反射面ブロック３２においては、図２７に示す配光パターンが、左から５番目の反射面ブロック３３においては、図２８に示す配光パターンが、それぞれ制御されて得られ、この各反射面ブロック２７〜３３により制御されて得られた配光パターン（図２２乃至図２８）を合成することにより、図２１の所定のロービームの配光パターンが得られることとなる。尚、前記反射面ブロック２８〜３１の説明において、上側・下側とは、光源２を中心に説明している。
【００７０】理論上のリフレクタ６の設計では、光源２を点光源として作成するが、実際には図１５、図１６に明らかなように、フィラメントの長さをもっているので、光源２には、前後幅を有している。
【００７１】このため、例えば、図２０（ａ）に示すように、光源２の真上に位置する反射面ブロック３０におけるリフレクタ６の反射面７における一ポイントＰ１で、光源２の光が反射された際に、光源（フィラメント）２の後端ｂからの出射光Ｌ４は、図１５に示すように、投影された状態における水平線Ｓ１に対して角度θ１分だけ下側に出射される。光源（フィラメント）２の前端ａからの出射光Ｌ５は、投影された状態における水平線Ｓ１に対して角度θ２分だけ下側に出射される。前記レンズ５から出射された光Ｌ４，Ｌ５が、スクリーン（図示せず）上では、図２０（ｂ）及び図１２に示すように、略中央部に上下に長尺状に投影される。前記レンズ５から出射された光Ｌ４、Ｌ５の投影された状態における水平線Ｓ１に対しての角度θ１、θ２は、スクリーン（図示せず）上の水平線Ｈ−Ｈからレンズ１からの角度θ１、θ２と同じ角度で投影されている。
【００７２】また、例えば、図２０（ａ）に示すように、光源２から最も遠い反射面ブロック２７におけるリフレクタ６の反射面７における一ポイントＰ２で、光源２の光が反射された際に、光源（フィラメント）２の後端ｂからの出射光Ｌ４は、図１６に示すように、投影された状態における垂直線Ｓ２に対して角度θ３分だけ内側に出射される。光源（フィラメント）２の前端ａからの出射光Ｌ５は、投影された状態における垂直線Ｓ５に対して角度θ４分だけ外側に出射される。出射された光Ｌ４，Ｌ５が、スクリーン（図示せず）上では、図２０（ｂ）及び図２２に示すように、左右に長尺状に投影される。前記レンズ５から出射される出射光Ｌ４，Ｌ５の投影された状態における垂直線Ｓ２に対しての角度θ３、θ４は、スクリーン（図示せず）上の垂直線Ｖ−Ｖからレンズ１からの角度θ３、θ４と同じ角度で投影されている。
【００７３】尚、図２１に示す所定のロービームの配光パターン以外にも、ハイビーム用の光源（図示せず）及びリフレクタ３により、図示しない所定のハイビームの配光パターンが得られる。
【００７４】つまり、前記反射面７に形成された自由曲面は、それによって生成される配光パターンをコンピュータシミュレートして配光特性を分析し、最適な配光パターンになるように形成されたものである。従って、この反射面７による反射光Ｌ２，Ｌ３がレンズ５を通過して外部に照射される時の出射光Ｌ４，Ｌ５の配光パターンは、すれ違い、走行パターンともにバランスのとれた最適なものである。しかも、この実施形態では、レンズ５の表面や裏面にも自由曲面（ＮＵＲＢＳ）を形成したため、リフレクタ６だけでなくレンズ５にも配光機能をもたせることができ、より理想的な配光パターンが得られるようになる。
【００７５】そして、特にこの実施形態では、レンズ５の横断面が、凸形状であるため、プリズムが形成されていなくても、外部から見た場合に、レンズ５により光が大きく屈折して内部が見づらくなる。従って、従来のように、見映えを考慮して、リフレクタ６の反射面７を光学的な必要性以上に入念に仕上げる必要性がなく、リフレクタ６の仕上げ作業が容易になる。
【００７６】また、レンズ５の横断面が、凸形状で、リフレクタ６からの反射光がレンズ５により集光されるため、発光面積は、小さいけど、光量の大きい前照灯が得られる。つまり、リフレクタ６の反射面７がレンズ５よりも小さくても、光源２からの光を広い範囲で集光してレンズ５側に反射することができ、レンズ５から照射される光量を増加させることができる。このように、小さくて明るい前照灯を形成することができるため、前照灯を組み込むべきフロント部に大きな設置スペースを確保できないような車体デザインの場合に好適である。
【００７７】以上のように、レンズ５の形状を従来の単なる平形状から、この実施形態のように横断面が凸形状に変形することにより、現在の多様化した車体デザインの要望に応えうる新たな機能（狭い設置スペースにも組み込める機能）を有する前照灯の実現が可能になった。
【００７８】尚、以上二つの実施形態において、レンズ１、５の縦断面及び横断面の何れかを「凸形状」にしたが、各断面における「凸形状」とは、レンズ１、５がその断面において、入射光を光軸Ｓから収束する方向に屈折させる光学的機能を有する形状のことを意味している。従って、図２９（ａ）のように片面だけが凸面になっているものや、図２９（ｂ）のように一方が凹面で他方がそれ以上の凸面になっているものや、図２９（ｃ）のように光軸Ｓに対して斜めになっているものも、本願発明の「凸形状」に含まれる。
【００７９】
【発明の効果】この発明によれば、レンズの縦断面又は横断面が凸形状であるため、プリズムが形成されていなくても、レンズにより光が大きく屈折して内部が見づらくなる。従って、従来のように、見映えを考慮して、リフレクタの反射面を光学的な必要性以上に入念に仕上げる必要性がなく、リフレクタの仕上げ作業が簡略になる。また、縦に長く横に小さい前照灯、或いは縦に小さく横に長いが得られるため、前照灯が組み込まれるフロント部に、十分な横寸法や上下寸法の設置スペースを確保できないような車体デザインの場合に好適である。更に、レンズの横断面又は縦断面が平形状のため、レンズをガラス製にした場合は、レンズの研磨加工が行い易く、レンズの製造性の面で優れている。
【出願人】 【識別番号】００００００１３６
【氏名又は名称】市光工業株式会社
【出願日】 平成１３年１月２２日（２００１．１．２２）
【代理人】 【識別番号】１０００８３８０６
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和 （外８名）
【公開番号】 特開２００２−２１６５１４（Ｐ２００２−２１６５１４Ａ）
【公開日】 平成１４年８月２日（２００２．８．２）
【出願番号】 特願２００１−１３８９４（Ｐ２００１−１３８９４）