(57)【要約】【課題】レンズのフランジ部を光が透過してしまうことを防止し、エクステンションの形状の自由度を高める。【解決手段】車両用前照灯の凸型レンズは、レンズ本体と、レンズ本体の外周縁から外側に向けて突出するように形成されたフランジ部とを備える。レンズ本体の前面の最下点及び前記第二焦点を結んだ直線と、凸型レンズの後面との交点から光軸までの垂直方向の距離をｈとし、交点から第二焦点までの光軸に対して平行な距離をｄとし、水平面に対して直線がなす角度をθ１とし、第二焦点から交点を介して凸型レンズ内に進入した光と水平面との角度をθ２とし、全反射の臨界角度をθｍとし、凸型レンズの材質の屈折率をｎとすると、以下の関係が成り立つように、垂直面に対してフランジ部の前面がなす角度θ３が設定されている。  θ１＝ａｒｃｔａｎ（ｈ／ｄ）  θ２＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ・ｓｉｎ（θ１））  θ３＞θｍ−θ２【選択図】図３
2011159530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの焦点を有する楕円系のリフレクタと、
前記リフレクタの第一焦点近傍に配置された光源と、
前記リフレクタの第二焦点近傍に、上端部が位置するように配置されたシェードと、
前記リフレクタ、前記光源及び前記シェードの前方に配置され、前記第二焦点近傍に焦点を有し、前方に向けて凸となる凸型レンズとを備え、
前記凸型レンズは、レンズ本体と、前記レンズ本体の外周縁から外側に向けて突出するように形成されたフランジ部とを備え、
前記レンズ本体の前面の最下点及び前記第二焦点を結んだ直線と、前記凸型レンズの後面との交点から光軸までの垂直方向の距離をｈとし、前記交点から前記第二焦点までの前記光軸に対して平行な距離をｄとし、水平面に対して前記直線がなす角度をθ１とし、前記第二焦点から前記交点を介して前記凸型レンズ内に進入した光と水平面との角度をθ２とし、全反射の臨界角度をθｍとし、前記凸型レンズの材質の屈折率をｎとすると、以下の関係が成り立つように、垂直面に対して前記フランジ部の前面がなす角度θ３が設定されていることを特徴とする車両用前照灯。
θ１＝ａｒｃｔａｎ（ｈ／ｄ）
θ２＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ・ｓｉｎ（θ１））
θ３＞θｍ−θ２
【請求項２】
請求項１記載の車両用前照灯において、
前記リフレクタから反射され、前記凸型レンズのフランジ部を通過して前記最下点から斜め上方に向かって出射する光と水平面との角度が１．５度以上となるように、前記リフレクタの反射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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用前照灯に係り、特にプロジェクタ式の車両用前照灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図５に示すように、プロジェクタ式の車両用前照灯１００においては、光源１０１と、光源１０１からの光を反射するためのリフレクタ１０２と、リフレクタ１０２からの光の一部を遮るためのシェード１０３と、シェード１０３によって遮られなかった光を投影するためのレンズ１０５と、これらを収容するハウジング１０６とが備えられている。光源１０１の光軸Ｚ１に沿ってレンズ１０５の光軸が沿うように、光軸１０１及びレンズ１０５は配置されている。そして、レンズ１０５には、当該レンズ１０５をハウジング１０６に固定するためのフランジ部１０７が、レンズ本体１０８の外周縁から外側に向けて突出するように一体的に形成されている（例えば特許文献１参照）。
ここで、図５に示すように、リフレクタ１０２によって反射された光のうち、一部の光Ｌ１０は第二焦点Ｐを通過してレンズ１０５の下部のフランジ部１０７に入射する。この光Ｌ１０がフランジ部１０７を通過してしまうと、レンズ１０５前方に配置されたエクステンション１０９にあたってしまい、グレア光として前方に照射されるおそれがある。このグレア光を防止すべく、近年においてはエクステンション１０９の表面に対して、反射率を下げる処理を施しているのが実状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７７４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した反射率を下げる処理をエクステンション１０９に施すには、エクステンション１０９の形状がどうしても制約を受けることとなっていた。
このため本発明の課題は、レンズのフランジ部を光が透過してしまうことを防止し、エクステンションの形状の自由度を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明に係る車両用前照灯は、
二つの焦点を有する楕円系のリフレクタと、
前記リフレクタの第一焦点近傍に配置された光源と、
前記リフレクタの第二焦点近傍に、上端部が位置するように配置されたシェードと、
前記リフレクタ、前記光源及び前記シェードの前方に配置され、前記第二焦点近傍に焦点を有し、前方に向けて凸となる凸型レンズとを備え、
前記凸型レンズは、レンズ本体と、前記レンズ本体の外周縁から外側に向けて突出するように形成されたフランジ部とを備え、
前記レンズ本体の前面の最下点及び前記第二焦点を結んだ直線と、前記凸型レンズの後面との交点から光軸までの垂直方向の距離をｈとし、前記交点から前記第二焦点までの前記光軸に対して平行な距離をｄとし、水平面に対して前記直線がなす角度をθ１とし、前記第二焦点から前記交点を介して前記凸型レンズ内に進入した光と水平面との角度をθ２とし、全反射の臨界角度をθｍとし、前記凸型レンズの材質の屈折率をｎとすると、以下の関係が成り立つように、垂直面に対して前記フランジ部の前面がなす角度θ３が設定されていることを特徴としている。
θ１＝ａｒｃｔａｎ（ｈ／ｄ）
θ２＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ・ｓｉｎ（θ１））
θ３＞θｍ−θ２
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両用前照灯において、
前記リフレクタから反射され、前記凸型レンズのフランジ部を通過して前記交点から斜め上方に向かって出射する光と水平面との角度が１．５度以上となるように、前記リフレクタの反射面が形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、凸型レンズのフランジ部の前面と垂直面とがなす角度θ３が上記の関係を満たす角度に設定されているので、光源側からフランジ部の前面に入射した光は全反射されることとなる。したがって、凸型レンズのフランジ部を光が透過してしまうことを抑制することができる。これにより、フランジ部を透過した光を考慮してエクステンションを形成する必要もなくなるため、エクステンションの形状の自由度を高めることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、リフレクタから反射され、凸型レンズのフランジ部を通過して前記最下点から斜め上方に向かって出射する光と水平面との角度が１．５度以上となっているので、レンズ本体だけでは配光形成が難しい１．５度上部への配光を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る車両用前照灯の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１の車両用前照灯に備わる凸型レンズのフランジ部前面の内面反射が傾斜角度によりどう異なるかを示す説明図である。
【図３】図１の車両用前照灯に備わる凸型レンズのフランジ部前面の傾斜角度を設定するうえで必要な条件を模式的に示した模式図である。
【図４】図１の車両用前照灯に備わるリフレクタの反射面形状を説明するための説明図である。
【図５】従来の車両用前照灯の全体構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態に係る車両用前照灯について説明する。図１は本実施形態に係る車両用前照灯の全体構成を示す断面図である。
【００１１】
図１に示すように、車両用前照灯１は、リフレクタ２と、光源３と、シェード４と、凸型レンズ５と、これらを収容するハウジング６とを備えている。
【００１２】
リフレクタ２の内周面は光源３から照射された光を前方へ反射するための反射面２１である。反射面２１は、回転楕円面など楕円系を基本とした曲面を基に光学設計されている。図１において、リフレクタ２の反射面２１における第一焦点をＰ１と示し、第二焦点をＰ２と示す。
【００１３】
光源３は、例えば白熱電球であり、フィラメントがリフレクタ２の第一焦点Ｐ１近傍に位置するように、リフレクタ２に固定されている。また、光源３は、その光軸Ｚがリフレクタ２の第二焦点Ｐ２近傍を通過するように配置されている。
シェード４は、その上端部がリフレクタ２の第二焦点Ｐ２近傍に位置するように配置されている。シェード４の下方には、リフレクタ２で反射された光を凸型レンズ５の下部に位置するフランジ部５２に案内するための光路空間４２が形成されている。
ハウジング６は、凸型レンズ５の前方下部に配置された装飾用のエクステンション６１と、凸型レンズ５の前方を覆う光透過性のカバー６２と、凸型レンズ５を固定するための係止部６３とを有している。
【００１４】
凸型レンズ５は、平凸型レンズであり、凸面が前方となるように配置されている。凸型レンズ５は、その光軸が光源３の光軸Ｚに沿うように配置されている。また、凸型レンズ５は、その焦点がリフレクタ２の第二焦点Ｐ２の近傍に配置されている。
凸型レンズ５は、レンズ本体５１と、レンズ本体５１の周縁部から外側に突出し、レンズ本体５１の全周にわたって形成されたフランジ部５２とを備えている。レンズ本体５１は、その凸面５１１が非球面に形成されている。
フランジ部５２は係止部６３に係止されることで、ハウジング６内に凸型レンズ５が固定されるようになっている。フランジ部５２の後面５２２は、レンズ本体５１の後面５１２と連続する平面により形成されている。これらフランジ部５２の後面５２２とレンズ本体５１の後面５１２とは、水平面に対して垂直な平面となっている。一方、フランジ部５２の前面５２１は、後面５２２に対して傾斜するように、下方に行くにつれ前方に張り出す傾斜面となっている。フランジ部５２の前面５２１と、後面５２２とがなす角度を傾斜角度と称す。
【００１５】
以下、フランジ部５２の前面５２１の傾斜角度について詳細に説明する。なお、以下の説明においてフランジ部５２の前面５２１と、後面５２２とがなす傾斜角度は、上下方向に沿った断面形状を例示して説明するが、この傾斜角度はフランジ部５２の全周にわたって同角度であることが好ましい。
【００１６】
まず、凸型レンズ５をなす材質の全反射角度をθｍとし、凸型レンズ５の材質の屈折率をｎとすると、このθｍはスネルの法則により式（２）で表される。なお、空気の屈折率は１であるので、式（１）の右辺の分子は１となる。
【００１７】
ｓｉｎθｍ＝１／ｎ・・・（１）
θｍ＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）・・・（２）
【００１８】
つまり、フランジ部５２の前面５２１に対して光源３側から入射した光の入射角度が全反射の臨界角度θｍよりも大きければ前面５２１により光が全反射して、前方へと出射しないこととなる。
ところで、図２は、フランジ部５２の前面５２１の内面反射が傾斜角度によりどう異なるかを示す説明図であり、図２（ａ）＜図２（ｂ）＜図２（ｃ）＜図２（ｄ）の順で傾斜角度が設定されている。この図２に示すように、第二焦点Ｐ２を通過し、フランジ部５２の前面５２１に到達する光は、その高さ位置によって入射角度が異なる。これは第二焦点Ｐ２がフランジ部５２よりも高い位置に配置されているためである。例えば、前面５２１の上部地点Ａ、中部地点Ｂ、下部地点Ｃに光が入射すると、第二焦点Ｐ２からの光の入射角度はθＡ＜θＢ＜θＣとなる。図２（ａ）では、全ての入射角度θＡ，θＢ，θＣが臨界角度θｍ以下であるので、上部地点Ａ、中部地点Ｂ、下部地点Ｃに入射した光はフランジ部５２の前方へ出射してしまう。図２（ｂ）では、入射角度θＣのみが臨界角度θｍよりも大きいので、下部地点Ｃに入射した光は前面５２１により全反射し、上部地点Ａ、中部地点Ｂに入射した光はフランジ部５２の前方へ出射してしまう。図２（ｃ）では、入射角度θＢ，θＣが臨界角度θｍよりも大きいので、中部地点Ｂ、下部地点Ｃに入射した光は前面５２１により全反射し、上部地点Ａに入射した光はフランジ部５２の前方へ出射してしまう。図２（ｄ）では、全ての入射角度θＡ，θＢ，θＣが臨界角度θｍよりも大きいので、上部地点Ａ、中部地点Ｂ、下部地点Ｃに入射した光は前面５２１により全反射することとなる。
このように、上部地点Ａへの入射角度が臨界角度θｍよりも大きければ、それよりも下方の部分でも全反射が達成できることになる。
【００１９】
図３は、傾斜角度を設定するうえで必要な条件を模式的に示した模式図である。ここで、レンズ本体５１の前面（凸面５１１）の最下点Ｐ３及び第二焦点Ｐ２を結んだ直線をＬとし、凸型レンズ５の後面（後面５１２，５２２）との交点をＱとする。また、交点Ｑから光軸Ｚまでの垂直方向の距離をｈとし、交点Ｑから第二焦点Ｐ２までの光軸Ｚに対して平行な距離をｄとし、水平面に対して直線Ｌがなす角度をθ１とすると、角度θ１は式（３）により求められる。
【００２０】
θ１＝ａｒｃｔａｎ（ｈ／ｄ）・・・（３）
【００２１】
次に、第二焦点Ｐ２から交点Ｑを介して凸型レンズ５内に進入した光Ｌ１と水平面との角度をθ２とすると、スネルの法則により式（５）のような関係となる。なお、空気の屈折率は１であるので、式（４）の右辺の分子は１となる。
【００２２】
ｓｉｎθ２／ｓｉｎθ１＝１／ｎ・・・（４）
ｓｉｎθ２＝１／ｎ・ｓｉｎθ１
θ２＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ・ｓｉｎθ１）・・・（５）
【００２３】
また、フランジ部５２の前面５２１と垂直面Ｓ１とがなす角度（傾斜角度）θ３と、フランジ部５２の前面５２１の法線と水平面Ｓ２とがなす角度θ４とは同じであるため、前記前面５２１に対する光Ｌ１の入射角度θｎは式（６）で表される。
【００２４】
θｎ＝θ２＋θ３・・・（６）
【００２５】
角度θｎが臨界角度θｍよりも大きければ、フランジ部５２の前面５２１に対して光源３側から入射した光は全反射する。したがって、傾斜角度θ３は式（７）のような関係を満たしていれば、フランジ部５２から前方に出射する光を抑制することができる。
【００２６】
θｍ＜θｎ
θｍ＜θ２＋θ３
θ３＞θｍ−θ２・・・（７）
【００２７】
以上のように、本実施形態の車両用前照灯１によれば、凸型レンズ５のフランジ部５２を光が透過してしまうことを抑制することができるので、フランジ部５２を透過した光を考慮してエクステンション６１を形成する必要もなくなるため、エクステンション６１の形状の自由度を高めることができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。
ここで、凸型レンズ５からの出射光の一部が水平面に対して１．５度以上の角度で斜め上方に向かって出射されることが望まれているが、この出射光はレンズ本体５１では配光形成が困難なのが実状である。このため、図４に示すように、リフレクタ２下部の反射面２１から反射され、光路空間４２を介して凸型レンズ５のフランジ部５２を通過し最下点Ｐ３から斜め上方に向かって出射する光Ｌ２と水平面との角度（出射角度）θ５が１．５度以上となるように、リフレクタ２の反射面２１が形成されている。具体的には、出射角度θ５が１．５度以上となる光路を逆追跡することで、フランジ部５２の後面５２２に対する入射角度θ６を求める。そして、光源３からリフレクタ２下部の反射面２１で反射された光が入射角度θ６となるように反射面２１を形成する。
これにより、レンズ本体５１だけでは配光形成が難しい１．５度上部への配光を容易に実現することができる。
【００２９】
［実施例］
以下、凸型レンズ５の材質をアクリル、硬質ガラス、軟質ガラスとした場合の各値を例示する。なお、各材質とも共通となる数値は、交点Ｑから光軸Ｚまでの垂直方向の距離ｈが３０ｍｍ、交点Ｑから第二焦点Ｐ２までの光軸Ｚに対して平行な距離ｄが４０ｍｍ、レンズ本体５１の最下点Ｐ３から後面５１２までの厚みｔが５ｍｍとなっている。
【００３０】
・凸型レンズ５の材質がアクリルの場合
アクリルの屈折率ｎは１．４９２であるので、この値を式（２）に代入することで、アクリルの臨界角度θｍは４２．０８５度となる。
角度θ１は式（３）に各値を代入することにより求められ、３６．８７度となる。角度θ２は式（５）に各値を代入することにより求められ、２３．７１度となる。これらの各値を式（７）に代入すれば、フランジ部５２の前面５２１の傾斜角度θ３は１８．３８度よりも大きな値となる。
また、出射角度θ５が１．５度となる光路を逆追跡することで、入射角度θ６は１０．７１度となる。つまり、リフレクタ２の反射面２１の形状は、入射角度θ６が１０．７１度となる形状に形成されることになる。
【００３１】
・凸型レンズ５の材質が硬質ガラスの場合
硬質ガラスの屈折率ｎは１．４７１であるので、この値を式（２）に代入することで、硬質ガラスの臨界角度θｍは４２．８２９度となる。
角度θ１は式（３）に各値を代入することにより求められ、３６．８７度となる。角度θ２は式（５）に各値を代入することにより求められ、２４．０７度となる。これらの各値を式（７）に代入すれば、フランジ部５２の前面５２１の傾斜角度θ３は１８．７６度よりも大きな値となる。
また、出射角度θ５が１．５度となる光路を逆追跡することで、入射角度θ６は１０．５１度となる。つまり、リフレクタ２の反射面２１の形状は、入射角度θ６が１０．５１度となる形状に形成されることになる。
【００３２】
・凸型レンズ５の材質が軟質ガラスの場合
軟質ガラスの屈折率ｎは１．５１９であるので、この値を式（２）に代入することで、硬質ガラスの臨界角度θｍは４１．１７２度となる。
角度θ１は式（３）に各値を代入することにより求められ、３６．８７度となる。角度θ２は式（５）に各値を代入することにより求められ、２３．２７度となる。これらの各値を式（７）に代入すれば、フランジ部５２の前面５２１の傾斜角度θ３は１７．９１度よりも大きな値となる。
また、出射角度θ５が１．５度となる光路を逆追跡することで、入射角度θ６は１０．９６度となる。つまり、リフレクタ２の反射面２１の形状は入射角度θ６が１０．９６度となる形状に形成されることになる。
【符号の説明】
【００３３】
１      車両用前照灯
２      リフレクタ
３      光源
４      シェード
５      凸型レンズ
６      ハウジング
２１      反射面
４２      光路空間
５１      レンズ本体
５２      フランジ部
６１      エクステンション
６２      カバー
６３      係止部
５１１      凸面
５１２      後面
５２１      前面
５２２      後面
ｄ      距離
ｈ      距離
Ｌ      直線
Ｐ１      第一焦点
Ｐ２      第二焦点
Ｐ３      最下点
Ｑ      交点
Ｓ１      垂直面
Ｓ２      水平面
Ｚ      光軸
θ３    傾斜角度
θ５    出射角度
θ６    入射角度
θｍ    臨界角度
【図１】
2011159530.tif 000003
【図２】
2011159530.tif 000004
【図３】
2011159530.tif 000005
【図４】
2011159530.tif 000006
【図５】
2011159530.tif 000007