CN109716175A - 衍射透镜和使用其的车载用灯具 - Google Patents

衍射透镜和使用其的车载用灯具 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在使用白色光源的车载用灯具中，能够使近光光束的明暗截止线良好地成像，较薄且成形性良好的衍射透镜和使用它的车载用灯具。本发明的光线的入射侧和出射侧两者都是凸状的衍射透镜，在所述出射侧形成有衍射级数的绝对值在5级以上的出射衍射面，具有出射衍射面的包络面的面顶点处的曲率的绝对值小于入射面的面顶点处的曲率的绝对值的形状，或者具有出射衍射面的包络面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值小于入射面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值的最大值的形状。

Description

衍射透镜和使用其的车载用灯具
技术领域
本发明涉及衍射透镜和使用其的车载用灯具。
背景技术
作为本发明的背景技术，在专利文献1中，公开了对于摄像机和投影仪等中使用的透镜，为了维持其光学性能而使其变薄，由利用了高级衍射光的衍射透镜构成。而且，启示了该衍射透镜也能够应用于车载用灯具。
另外，在专利文献2中，公开了为了缩短车载用灯具的全长而使用菲涅尔透镜的结构。进而，在专利文献3中，公开了作为光盘用物镜，为了对于多个波长共用而使用衍射透镜。
现有技术方向
专利文献
专利文献1：日本特开2016-1203号公报
专利文献2：日本特开2008-181717号公报
专利文献3：日本特开2005-18967号公报
发明内容
发明要解决的课题
对于车载用前照灯中使用的透镜，要求其变薄，并且要求确保近光光束照射时的明暗截止线的成像性能。
专利文献1中记载的衍射透镜是弯月透镜(一面由凹面、另一面由比其曲率更大的凸面构成的透镜)，衍射透镜的光栅面容易因模具成形中脱模、冷却的过程中发生的应力而变形。结果，用作车载用前照灯的情况下，存在近光光束的明暗截止线的成像性能(对比度)降低的课题。
专利文献2中记载的透镜是车载用透镜，但因为是菲涅尔透镜，所以存在不能充分得到近光光束的明暗截止线的成像性能的课题。此处，菲涅尔透镜指的是将一致地连续的透镜曲面从光轴起在面内辐射状地等间隔地、或者在光轴方向上将面的高度等间隔地划分、保持划分后的面形状地在光轴方向上将面的高度切割对齐而使其变薄的透镜。因此，难以同时满足用于得到要求的透镜特性的包络面的形状和规定透镜光焦度的相位函数。
专利文献3中记载的透镜不是车载用的透镜而是光盘用透镜，但作为衍射透镜是一般已知的，具有使信息记录面在传感器上成像的功能。该衍射透镜为了用于多个波长的激光而使用了1级衍射光，但为了作为车载用前照灯而用于白色光，衍射效率降低和产生多余的高级衍射光的杂散光等成为课题。
本发明目的在于提供一种在使用白色光源的车载用灯具中，能够使近光光束的明暗截止线良好地成像，较薄且成形性良好的衍射透镜。
用于解决课题的技术方案
本发明是一种光线的入射侧和出射侧两者都是凸状的衍射透镜，其特征在于：在所述出射侧形成有衍射级数的绝对值在5级以上的出射衍射面，具有所述出射衍射面的包络面的面顶点处的曲率的绝对值小于入射面的面顶点处的曲率的绝对值的形状，或者具有所述出射衍射面的包络面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值小于所述入射面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值的最大值的形状。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在使用白色光源的车载灯具中，能够使近光光束的明暗截止线良好地成像，较薄且成形性良好的衍射透镜。
附图说明
图1是表示实施例1的衍射透镜的形状的侧视图。
图2是表示衍射透镜的尺寸规格的例子的图。
图3是说明环带边界的半径位置的计算方法的图。
图4是说明近光光束照射时的明暗截止线的形成的原理的图。
图5是表示近光光束照射时的配光分布的基准特性的图。
图6是表示实施例1的衍射透镜形成的近光光束的配光分布的图。
图7是表示实施例1的衍射透镜形成的远光光束的配光分布的图。
图8是表示实施例2的衍射透镜的形状的侧视图。
图9是表示衍射透镜的尺寸规格的例子的图。
图10是表示实施例3的衍射透镜的形状的侧视图。
图11是表示衍射透镜的尺寸规格的例子的图。
图12是表示不满足条件(第三特征)的衍射透镜的配光分布的图。
图13是实施例4的车载用灯具的结构图。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施例使用附图进行说明。在实施例1～3中，对于在近光光束照射时可以得到适当的光学性能(配光分布)的衍射透镜的形状进行叙述，并且在实施例4中，对于使用衍射透镜的车载用灯具的结构进行叙述。
实施例1
图1是表示实施例1的衍射透镜的形状的侧视图，图2用一览表表示了衍射透镜的尺寸规格的例子。
图1中，来自假想光源103的入射光线104对衍射透镜101的左侧的入射面102入射，从右侧的出射面105成为大致平行光地出射。如后所述，在假想光源103的位置，配置用于形成机动车前照灯的近光光束照射时的明暗截止线的遮挡物即遮光罩。以该遮光罩的边缘的影在无限远(实质上比十几m更远的位置)成像的方式，设计该衍射透镜101的形状。
在衍射透镜101的出射面105，配置了以光轴106为中心的具有与光轴106大致平行的高低差的环带状的衍射透镜面107(也称为出射衍射面)。衍射透镜面107由将高低差的中央位置相连而成的包络面108的形状规定其大致形状，并且以对透过由高低差划分的其两侧的环带的光线赋予规定的光路差的方式设计。
本实施例中，如图2所示，在设计中心波长550nm时使40级衍射光(高级衍射光)产生大致100％的衍射效率。其衍射条件是垂直入射光的光路差相对于折射率n和高低差d由(n-1)d决定，该光路差是波长的40倍即可。具体而言，作为透镜材料使用上述中心波长时的折射率n是1.494的丙烯酸树脂，通过使高低差d为46μm程度能够实现。因为对于倾斜入射的光线，实现上述光路差的高低差变化，所以上述高低差量在倾斜入射光线较多的外周区域实际上比该高低差略深。
关于衍射透镜面107中的入射角和出射角，设光栅间距为p、对上述包络面108的入射光线的入射角为θ1、波长为λ、N级衍射光的出射角为θ2、入射空间的折射率为n1、出射空间的折射率为n2时，数学式1的关系成立。
[式1]
由数学式1可知，0级光的情况下是对于包络面满足通常的折射定律(斯涅尔定律)的出射角，从它起各级数的出射角按级数以等间隔的角度间隔决定。但是，本实施例的衍射透镜相当于所谓闪耀衍射光栅，所以通过采用在设计级数的波长时在规定的入射角成为上述光路差的深度的光栅形状，能够使能量集中在规定的级数。
此处，衍射透镜面的光栅间距p为了使衍射面起到透镜作用而不是一定值，而必须是向外周逐渐使间距变细。该设计中，通常将通过衍射面附加的光路差的分布表达为相位函数，对于其系数的值，通过在光学设计软件中优化而决定。设对于透镜的瞳半径坐标按有效半径R归一化得到的归一化半径为ρ时，相位函数φ(ρ)一般用数学式2表达。
[式2]
φ(ρ)＝α0+α2ρ2+α4ρ4+......
此处，α0、α2、α4分别是相位函数的0级、2级、4级的系数。用它决定衍射透镜的环带边界的半径位置。
图3是说明环带边界的半径位置的计算方法的图。图的横轴是归一化半径ρ、纵轴是相位函数值φ(ρ)，在相位函数值是2π的整数倍的每个半径位置决定该环带边界1301的半径位置。此时，对于衍射透镜的光栅间距p，可以根据对相位函数的某一半径ρ处的局部的倾斜乘以间距p得到的相位变化成为2Nπ的条件(数学式3)，如数学式4所示地求出。
[式3]
[式4]
本实施例中的光栅间距p，根据设计的相位函数在最外周是90.4μm。
这样使用高级的衍射光的情况下，在波动光学的设计上，以实用的衍射效率产生40级衍射光的波段仅有以550nm为中心非常窄的范围。但是，在其两侧39级和41级、进而在其两侧38级和42级这样，逐级地产生相邻的衍射级数。结果，实质上成为与在整个可见光波段中连续地得到较高的衍射效率等价的作用。相邻的衍射级数的衍射角接近设计波长的衍射角，实质上不会成为多余的杂散光，成为实用上可利用的光。
与此相对，专利文献3等中记载的使用1级衍射光的衍射透镜的情况下，虽然可以得到1级衍射光的波长范围比40级衍射光更宽，但不能覆盖整个可见光波段。因此，在较大偏离设计波长的波段中，存在1级衍射光的衍射效率降低，并且产生衍射角与1级衍射光较大不同的2级衍射光和0级衍射光，成为多余的杂散光的课题。该课题可以通过使用高级的衍射光而解决。
关于衍射透镜中从哪一级数起可以称为高级衍射透镜这一点，其界限因期待的效果的程度而不同。但是，即使对使用1级衍射光的现有的衍射透镜延长了级数，也几乎在±5级以内使用。因此，只要是±5级以上的级数就在本实施例所指的高级衍射透镜的范畴内，能够期待上述特有的效果。以白色光使用的光学系统中大多以550nm等绿色的波长为中心波长设计光学系统，但一般只要在中心波长使用5级衍射光程度的级数，就使可见光的波段中多个级数具有最大衍射效率的峰值。从而，只要使用5级以上的衍射级数，就能够享受至少能够逐级利用多个衍射级数的光的状况。
这样，因高级衍射透镜而衍射的光线，实际上与在衍射透镜面107的各环带面的表面单纯折射的光线等价。这样的透镜作用与使用1级衍射光的现有的衍射透镜相比，与其说是衍射透镜，不如说是接近专利文献2等中记载的菲涅尔透镜。但是，一般而言，菲涅尔透镜是对于作为基础的一致的曲面的透镜，在与光轴垂直的面内将到光轴的距离等间隔地划分、或者将光轴方向的面的弛垂量等间隔地划分，使划分后的面在光轴方向上滑动而配列为大致平面状得到的透镜。这样的透镜的各环带面，即使在滑动前是为了得到规定的透镜作用最优的形状，也成为透镜厚度因滑动而局部地变化的状态，透镜性能劣化。
与此相对，高级衍射透镜中，与使用1级衍射光的现有的衍射透镜同样地，能够使作为基础的包络面的形状、和规定由衍射透镜赋予的透镜光焦度的相位函数同时优化。即，能够以在成为衍射透镜的状态下得到要求的透镜作用的方式设计形状，所以透镜性能得到保证。
关于高级衍射透镜在专利文献1中也有记载，但本实施例中的高级衍射透镜具有以下特征。
(1)第一特征是将高级(5级以上)的衍射透镜面107配置在出射面105上。将衍射透镜面配置在入射面102上的情况下，从假想光源103以各种角度放射的光线，易于对衍射透镜面107的高低差部入射，它们成为产生杂散光的原因。与此相对，通过在出射面105上配置高级的衍射透镜面107，入射光线104被入射面102折射为不完全但接近平行光线的状态之后对出射面105入射。从而，对高低差部入射的光线减少，杂散光的问题减轻。
(2)第二特征是使衍射透镜101成为双凸透镜的形状。专利文献1中是入射面是凹面的弯月透镜形状，但这样的形状的情况下，在树脂成形的工艺中环带面的形状易于变形，模具形状的修正变得困难。于是，使大致形状成为双凸透镜形状，如图2所示使入射面的面顶点的轴上曲率为正，使出射衍射面的包络面的面顶点的轴上曲率为负。此处，关于曲率的符号，将曲率中心位于光线前进方向一侧的情况表达为正，将位于光源一侧的情况表达为负，并且曲率的绝对值是曲率半径的倒数。
(3)第三特征是如图2所示，与入射面102的透镜外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值的最大值相比，使出射衍射面107的包络面108的透镜外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值更小。此处，弛垂量指的是表示透镜面从面顶点向光轴方向凹陷了多少的几何学上的面形状量，将向光线前进方向的弛垂量表达为正，将向光源一侧方向的弛垂量表达为负。即，能够认为凸面的入射面102的弛垂量从面顶点向周边在正方向上逐渐增大，凸面的出射面105的弛垂量从面顶点向周边在负方向上逐渐增大。此处，对入射面的弛垂量附加“最大值”的意义，在于本实施例的入射面是非旋转对称的自由曲面，所以入射面的有效区域的外周部的弛垂量因方位而不同，采用其最大值。
另外，关于入射面和出射面的曲率形状，与入射面102的面顶面处的曲率的绝对值相比，出射衍射面107的包络面108的面顶点处的曲率的绝对值更大。一般而言，透镜大致成球面形状，通常是弛垂量越大则曲率越大。但是，近年来，一般在成像性能优秀的树脂成形的单透镜中使用非球面形状。该情况下，弛垂量的大小与轴上曲率的大小不一定对应，本实施例也是不对应的情况。
(4)第四特征是使凸缘厚度相对于透镜中心厚度的比在0.25以上、0.5以下。此处，中心厚度指的是入射面的面顶点与出射衍射面的包络面的面顶点的间隔，凸缘厚度定义为透镜有效区域的最远离光轴的半径位置处的入射面与出射衍射面的包络面的间隔。本实施例中，如图2所示，中心厚度是15mm，凸缘厚度是5.94mm。因此，凸缘厚度相对于中心厚度的比是0.396。通过一定程度增大凸缘厚度相对于中心厚度的比，树脂成形中的残留应力引起的衍射透镜环带面的变形减小，透镜性能提高。但是，凸缘厚度的比过大时透镜全体的树脂成形的成形时间延长，制造成本提高。考虑这些，凸缘厚度的范围存在下限和上限。
(5)第五特征是使衍射透镜光焦度相对于总透镜光焦度的比(衍射透镜面107的贡献部分)在0.3以上、0.6以下。此处，透镜光焦度相当于透镜的焦距的倒数，将1m焦距的透镜定义为1屈光度(D)。包括衍射透镜的透镜光焦度的合成焦距如图2所示是48.075mm，所以总透镜光焦度是20.8D。另一方面衍射透镜的相位函数的2级的系数α2是-1568(rad)。此时，设透镜半径为R、设计波长为λ、衍射级数为N时，衍射透镜光焦度Pdiff由数学式5给出。
[式5]
对该式代入N＝40、λ＝550(nm)、R＝30.28(mm)，则衍射透镜光焦度Pdiff成为12.0D。从而，衍射透镜光焦度相对于总透镜光焦度的比是0.576。衍射透镜光焦度的比一定程度大时，能够减小为了得到规定的总透镜光焦度而要由包络面108的曲率分担的透镜光焦度。结果，透镜的曲率减小，面接近平面，能够使凸缘厚度变厚，使中心厚度变薄的设计变得容易。但是，衍射透镜光焦度的比过大时，环带宽度变窄，模具加工变得困难。考虑这些，衍射透镜光焦度的范围存在下限和上限。
(6)第六特征是使中心厚度相对于透镜焦距的比在0.2以上、0.35以下。本实施例中，焦距如上所述是48.075mm，中心厚度是15mm，所以中心厚度相对于焦距的比是0.312。现有的车载用灯具中使用的透镜在同样的焦距时中心厚度在20mm以上，所以通过改为本实施例的中心厚度15mm前后，中心厚度成为大致1/√(1.8)，具有使透镜成形时间缩短至大致一半的效果。从而，只要对于本实施例的比率具有一定裕度地将0.35程度设为上限，就能够得到成形时间大致减半的效果。但是，使中心厚度过薄时，必须使衍射透镜光焦度相应地增大，所以环带宽度变得过窄，模具加工变得困难。从而，现实上变薄至0.2程度是极限。
这样的透镜变薄因为应用本实施例的高级衍射透镜而变得可能，并且上述中心厚度相对于焦距的比的范围不是单纯的设计事项的值，而是间接地规定了用于实现本实施例的高级衍射透镜的性能的条件。
关于以上的本实施例的6个特征，对于上述3个专利文献中记载的透镜是否满足进行比较。
＜专利文献1的衍射透镜＞
·第一特征：满足。在出射面形成了高级衍射透镜面。
·第二特征：不满足。入射面是凹面。
·第三特征：不满足。弛垂量是出射面一侧比入射面一侧更大。
·第四特征：不满足。凸缘厚度相对于中心厚度的比是0.2，较小。
·第五特征：满足。因为使用高级衍射透镜，所以衍射透镜光焦度大。
·第六特征：满足。是目的在于透镜变薄的发明。
＜专利文献2的菲涅尔透镜＞
·第一特征：(满足)。因为是平面的菲涅尔透镜，所以也可以认为具有接近高级衍射透镜的作用。
·第二特征：不满足。因为是平板透镜所以不是双凸透镜。
·第三特征：不满足。没有弛垂量(和曲率)。
·第四特征：不满足。因为是平板透镜，所以凸缘厚度与中心厚度相等。
·第五特征：不满足。可以认为透镜光焦度全部是衍射透镜。
·第六特征：不满足。可以得知中心厚度相对于焦距的比是0.1程度。
＜专利文献3的衍射透镜＞
·第一特征：不满足。是使用1级衍射光的衍射透镜。
·第二特征：满足。是双凸透镜。
·第三特征：不满足。弛垂量是出射面一侧比入射面一侧更大。
·第四特征：满足。可以得知凸缘厚度相对于中心厚度的比是0.3程度。
·第五特征：不满足。因为使用1级衍射光所以不能使衍射透镜光焦度增大，相对于透镜光焦度的比不足0.3。
·第六特征：不满足。可以得知中心厚度相对于焦距的比是0.5程度。
以上比较的结果是任意一个专利文献都不满足第三特征，与入射面的透镜外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值的最大值相比，出射衍射面的包络面的透镜外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值更小，这一点是本实施例的最本质性的特征。
接着，对于本实施例的效果进行说明。将本实施例的衍射透镜应用于车载用灯具的情况下，能够充分满足近光光束照射时的明暗截止线的成像性能。在说明效果之前，对于明暗截止线的形成进行说明。
图4是说明近光光束照射时的明暗截止线的形成的原理的图。从作为白色光源的LED光源1401放射的光在反射体1402上反射，在遮光罩1403的边缘附近聚光。通过使反射体1402的形状成为大致椭球体形状，在一方的焦点附近配置LED光源1401，在另一方的焦点配置遮光罩1403的边缘位置，能够进行这样的聚光。但是，LED光源1401不是点光源，而是具有大小，从离开焦点的点发生的光向偏离遮光罩1403的边缘的位置照射。此时，对遮光罩1403的边缘的光源一侧照射的光线在遮光罩1403的平面部反射，并且对遮光罩1403的边缘的上方照射的光线不被反射，都对透镜1404入射。此时，以使透镜1404的焦点位置与遮光罩1403的边缘位置一致的方式配置时，在非常接近边缘的位置透过或者反射的光成为沿着光轴的平行光线1405向前方照射。
在从透镜1404起数十m前方，因为与透镜口径相比充分远，所以照射的光的分布与从透镜1404出射的光线的角度的分布相等。因此，来自遮光罩1403的边缘附近的光线1405对光轴附近的明暗截止线上照射。同样地，遮光罩1403的边缘在图4中在纸面垂直方向上连续，通过其轨迹附近的光线，都对在透镜1404的数十m前方沿明暗截止线的大致水平线上照射。即，这表示遮光罩1403的边缘的影被均匀地投影至数十m以外的前方，具有遮挡照射上方的光的效果。
另外，通过遮光罩1403的边缘的上侧的光，无论是否在遮光罩1403的平面部反射，都能够视为在透镜1404的焦点面上从上侧发出的光线，所以这些光线都从光轴以向下的角度对前方照射。这些向下的光线1406(用虚线表示)是照射从明暗截止线起下方的角度区域的光。此处，从透镜1404看来，遮光罩1403的下方向的角度区域成为来自反射体1402的光线不会到达的阴影区域，所以只要存在来自该区域的光线，则应当被照射的明暗截止线上方的区域被遮挡而成为暗部。一般而言，使用透镜的投影型的近光光束用前灯中，这样地形成明暗截止线。
对于形成的明暗截止线，通过设定为比与本车会车的对向车的驾驶员的眼的位置更低，能够不影响对向车的驾驶员的眼地，照射本车的最低限度的视野。另外，在远光光束照射中，通过从光学系统中除去遮光罩1403，也能够对明暗截止线上方的区域照射。
图5是表示近光光束照射时的配光分布的基准特性的图，是使用了现有的照射透镜(厚度在20mm以上的非衍射透镜)的情况下的特性。相对于峰值光度用等高线示出了成为0.1、0.01、0.001的比的相对光度的角度范围。将3根等高线在垂直方向角度0°附近的水平线附近重合的线称为明暗截止线，可知因为线重合，所以以明暗截止线为界，在其上方光度急剧降低。本实施例中，以用变薄的透镜实现如图5所示地清晰地形成明暗截止线的配光分布的特性为目标。
图6是表示用本实施例的衍射透镜101得到的近光光束的配光分布的图。可知明暗截止线的光度变化的对比度提高，在左右两侧形成明暗截止线。即，可知以明暗截止线为界，在其上方光度急剧降低，可以得到与图5所示的基准特性的明暗截止线同等的良好的性能。另外，明暗截止线在水平方向角度0°附近弯曲，在右侧明暗截止线下降，由此使得不照射从本车的右侧前方驶来的对向车的驾驶员的眼。
图7是表示用本实施例的衍射透镜101得到的远光光束的配光分布的图。远光光束中能够通过在近光光束用的前灯中从光学系统中除去遮光罩而实现。因为没有遮光罩，所以不形成明暗截止线，光也对上方照射。
车载用灯具的配光特性通常在25m前方的屏幕上评价，但如图5～7所示，评价范围是水平线方向上±60°程度、垂直方向上±20°程度，水平方向和垂直方向中范围大幅地不同。因为这样的评价的各向异性，在现有的透镜中，也在入射面或出射面的至少某一面中采用了非旋转对称的形状。
在本实施例的衍射透镜中，入射面也是对于光轴不是旋转对称的，形成为自由曲面。但是，相对于旋转对称的偏差(非对称性)并不太大，是在表象上不能判断的程度。另一方面，本实施例中的出射侧的衍射透镜面107因为模具加工的制约而成旋转对称的形状。因此，对于入射面必然要求采用非旋转对称的自由曲面。
根据本实施例的衍射透镜，具有不仅近光光束的明暗截止线的成像性能优秀，而且抑制衍射效率降低和多余的级数的衍射光的发生的效果。另外，能够提供模具成形中光栅面的变形少的较薄的透镜。
实施例2
图8是表示实施例2的衍射透镜的形状的图，图9是用一览表表示了衍射透镜的尺寸规格的例子。
与实施例1(图1)同样地，衍射透镜201使来自假想光源203的入射光204成为大致平行光地出射。在出射面205配置高级的衍射透镜面207，成为对于设计中心波长550nm发生40级衍射光的形状。
参考图9，与实施例1中叙述的第一～第六特征比较并说明。首先，关于第一、第二特征，因为在出射面一侧具有高级的衍射透镜面207，是双凸透镜形状，所以都满足。
关于第三特征，对于关于实施例1中的弛垂量的大小关系并不满足，但代替它，关于入射面和出射面的曲率的大小关系具有同样的特征。即，与入射面202的面顶点处的曲率的绝对值相比，使出射衍射面207的包络面208的面顶点处的曲率的绝对值更小。如图9所示，关于面顶点的曲率，入射面是0.0245(曲率半径：40.77mm)，出射衍射面的包络面是-0.0153(曲率半径：-65.06mm)，曲率的绝对值是出射面一侧比入射面一侧更小。另一方面，关于透镜外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值，入射面一侧是4.446mm，出射面一侧是6.162mm，出射面比入射面更大。这样，实施例2中，用入射面和出射面的曲率的大小关系表现第三特征。
关于第四～第六特征，全都满足。即，关于第四特征，相对于中心厚度15mm，凸缘厚度是4.39mm，其比是0.293，所以满足0.25以上、0.5以下。关于第五特征，总透镜光焦度是20.47D，与此相对，衍射面的2级的相位函数系数α2＝-822.8(rad)，衍射面的透镜光焦度是6.28D。因此，衍射透镜光焦度相对于总光焦度的比是0.307，满足0.3以上、0.6以下。关于第六特征，中心厚度相对于焦距的比是0.307，满足0.2以上、0.35以下。
本实施例的衍射透镜201中，也可以得到与图6大致同样的明暗截止线，其成像状态良好。
实施例3
图10是表示实施例3的衍射透镜的形状的侧视图，图11用一览表表示了衍射透镜的尺寸规格的例子。
与实施例1(图1)、实施例2(图8)同样地，衍射透镜301是来自假想光源303的入射光304成为大致平行光地出射。在出射面305配置高级的衍射透镜面307，成为对于中心波长550nm发生40级衍射光的形状。
与实施例1中叙述的第一～第六特征比较并说明。首先，关于第一、第二特征，因为在出射面一侧具有高级的衍射透镜面307，是双凸透镜形状，所以都满足。
关于第三特征，与实施例2同样地，与入射面302的面顶点处的曲率的绝对值相比，出射衍射面307的包络面308的面顶点处的曲率的绝对值更小。如图11所示，关于面顶点的曲率，入射面是0.0266(曲率半径：37.57mm)，出射衍射面的包络面是-0.0114(曲率半径：-87.48mm)，曲率的绝对值是出射面一侧比入射面一侧更小。另一方面，关于透镜外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值，入射面一侧是4.986mm，出射面一侧是5.767mm，出射面比入射面略大，目视难以辨别弛垂量的差。这样，关于第三特征，与实施例2中的曲率的大小关系的条件接近。
关于第四～第六特征，全都满足。即，关于第四特征，相对于中心厚度15mm，凸缘厚度是4.25mm，其比是0.283，所以满足0.25以上、0.5以下。关于第五特征，总透镜光焦度是20.82D，与此相对，衍射面的2级的相位函数系数α2＝-888.5(rad)，衍射面的透镜光焦度是6.79D。因此，衍射透镜光焦度相对于总光焦度的比是0.326，满足0.3以上、0.6以下。关于第六特征，中心厚度相对于焦距的比是0.312，满足0.2以上、0.35以下。
本实施例的衍射透镜301中，也可以得到与图6大致同样的明暗截止线，其成像状态良好。
根据以上实施例1～实施例3的结果，可以认为为了在出射面使用高级衍射透镜确保车载用灯具的成像性能，关于入射面和出射面的弛垂量或曲率，成为规定的大小关系成立的形状是重要的。即，发现了需要满足与入射面的透镜外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值的最大值相比，出射衍射面的包络面的透镜外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值更小(实施例1中的第三特征)，或者与入射面的面顶点处的曲率的绝对值相比，出射衍射面的包络面的面顶点处的曲率的绝对值更小(实施例2、3中的第三特征)中的任一者。
图12是为了比较而示出不满足条件(第三特征)的衍射透镜的配光分布的图。即，示出了与衍射透镜的入射面一侧的曲率相比，出射面一侧的曲率更大，并且与入射面一侧的弛垂量相比，出射面一侧的弛垂量更大的情况。可知在光轴附近，明暗截止线中产生模糊，并且在水平方向的角度较大的区域中明暗截止线弯曲。这是在使用衍射透镜而不采用弯月透镜地使透镜变薄的情况下特有的现象，但可以认为原因在于不满足上述第三特征。
关于这一点，作为一般的透镜特性，已知例如使用平凸透镜使点光源的像成为平行光在无限远成像的情况下，使透镜平面一侧朝向点光源一侧则称为球面像差的模糊更少，成像性能更高。如果由此预想，则与入射面一侧的曲率(或弛垂量)相比使出射面一侧的曲率(或弛垂量)更大则成像性能应当更好，但实施例1～3的第三特征违背该预想。这是本发明人预想外的结果，可以认为也是本发明是应获专利的发明的佐证。关于采用这样的条件(第三特征)时，为何能够不降低透镜的成像性能地使中心厚度变薄，尚未理论性地分析。但推测透镜的全体形状与高级衍射面的配置的相互关系对此有贡献。
实施例4
在实施例4中，对于使用了实施例1－3中叙述的衍射透镜的车载用灯具进行说明。
图13是实施例4的车载用灯具的结构图。
车载用灯具400中，从作为白色光源的例如LED光源401放射的光，被凹面反射体402的内面的镜面反射、聚光。在其聚光位置附近，配置反映了对远方照射的配光分布(近光光束)的称为遮光罩403的遮挡物，通过它后的光通过衍射透镜404对前方照射。衍射透镜404具有实施例1－3中叙述的衍射透镜101、201、301的特征。遮光罩403通过与透镜的像面弯曲相应地弯曲，能够使照射的配光分布的明暗边界(明暗截止线)更加清晰化。另外，远光光束照射的情况下通过使遮光罩403可动并从光路除去能够实现。
通过使用实施例1－3中叙述的衍射透镜，本实施例的车载用灯具能够进行能够充分满足的近光光束照射。另外，通过使用较薄的衍射透镜，能够实现灯具的小型化。
附图标记说明
101，201，301，404……衍射透镜，
102，202，302……入射面，
103，203，303……假想光源，
104，204，304……入射光线，
105，205，305……出射面，
106，206，306……光轴，
107，207，307……衍射透镜面(出射衍射面)，
108，208，308……包络面，
400……车载用灯具，
401……LED光源，
402……凹面反射体，
403……遮光罩。

Claims (5)

1.一种光线的入射侧和出射侧两者都是凸状的衍射透镜，其特征在于：
在所述出射侧形成有衍射级数的绝对值在5级以上的出射衍射面，
具有所述出射衍射面的包络面的面顶点处的曲率的绝对值小于入射面的面顶点处的曲率的绝对值的形状，或者具有所述出射衍射面的包络面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值小于所述入射面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值的最大值的形状。
2.如权利要求1所述的衍射透镜，其特征在于：
透镜有效区域的最外周的面间隔相对于所述入射面的面顶点与所述出射衍射面的包络面的面顶点的间隔的比在0.25以上、0.5以下。
3.如权利要求1所述的衍射透镜，其特征在于：
所述出射衍射面的透镜光焦度相对于所述入射面和所述出射衍射面的总透镜光焦度的比在0.3以上、0.6以下。
4.如权利要求1所述的衍射透镜，其特征在于：
所述入射面的面顶点与所述出射衍射面的包络面的面顶点的间隔相对于透镜焦距的比在0.2以上、0.35以下。
5.一种车载用灯具，其特征在于，包括：
放射光的光源；
使从所述光源放射的光反射、聚光的反射体；
遮挡被所述反射体反射、聚光的光的一部分的遮光罩；和
使从所述遮光罩透射后的光入射并向车辆前方照射的衍射透镜；
在所述衍射透镜中，入射侧和出射侧两者为凸状，在所述出射侧形成有衍射级数的绝对值在5级以上的出射衍射面，并且所述出射衍射面的包络面的面顶点处的曲率的绝对值小于入射面的面顶点处的曲率的绝对值，或者所述出射衍射面的包络面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值小于所述入射面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值的最大值。
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