CN110186004A

CN110186004A - 车辆用灯具

Info

Publication number: CN110186004A
Application number: CN201910122261.3A
Authority: CN
Inventors: 本桥和也
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2019-08-30
Anticipated expiration: 2039-02-19
Also published as: DE102019202434A1; CN110186004B; US20190257492A1; FR3078138B1; JP2019145372A; FR3078138A1; US10753563B2; JP7067955B2

Abstract

本发明提供一种车辆用灯具，其实现轻量化，另一方面改善了投影透镜的像差的温度依赖性。在包含对从光源射出的光进行投影的投影透镜(4)的车辆用灯具中，投影透镜包含多片透镜(第1透镜(41)至第3透镜(43))，至少2片透镜(第1透镜(41)和第2透镜(42))由树脂构成。将树脂透镜的合计折光率Pr与投影透镜(4)整体的折光率Pt的折光率比R(＝Pr/Pt)设为小于1/3。

Description

车辆用灯具

技术领域

本发明涉及在汽车等车辆中使用的灯具，特别地涉及适合应用于能够进行ADB(Adaptive Driving Beam)配光控制的前照灯(前大灯)的车辆用灯具。

背景技术

作为汽车的前大灯，作为用于得到下述配光的方法之一，提出了ADB配光控制，该配光提高本车辆的前方区域的照明效果，另一方面，防止针对存在于该前方区域的前行车辆、逆向车辆等存在于本车辆的前方区域的车辆(下面，称为前方车辆)的眩目。在该ADB配光控制中进行下述控制，即，通过车辆位置检测装置对前方车辆进行检测，将检测出的前方车辆所存在的区域的光量减少或者熄灯，将除此以外的宽广区域明亮地照明。

近年，该ADB配光控制还应用于将LED等发光元件作为光源的前大灯，将来自作为光源的多个LED的光、即各LED各自的照明区域合成，形成用于对本车辆的前方区域进行照明的配光。而且，构成为，在检测出前方车辆时，将与检测出的前方车辆相对应的照明区域的LED变暗或者熄灯。

在如上所述的ADB配光控制中，将从多个LED射出的白色光通过投影透镜向本车辆的前方区域投影而形成多个照明区域，将这些照明区域适当地组合而合成，由此形成了所需的照明区域。但是，由于由投影透镜引起的像差，而投影出的LED的光的图案形状发生变化，高精度的ADB配光控制变得困难。

在专利文献1中，通过将投影透镜的后侧主面设计为规定的曲率，从而对彗差的方向进行确定，提高了投影出的光图案的均匀性。但是，该专利文献1的技术不是改善像差的技术，因此难以应对像差成为主要原因的光的图案形状的变化。

为了改善像差，考虑将投影透镜设为多片透镜，例如三合透镜而构成。在该情况下，为了实现投影透镜的轻量化、低价格化，还考虑将多片透镜的一部分由树脂透镜构成。例如，在专利文献2中提出了下述技术，即，在具有三合透镜的照相机中，将第1透镜和第2透镜由树脂构成，将第3透镜由玻璃构成。

专利文献1：日本特开2017－16928号公报

专利文献2：日本特开平8－68935号公报

专利文献2的透镜应用于大多在所谓的常温下使用的照相机，因此环境温度的变化成为主要原因的问题发生得少，但在将该种透镜应用于汽车用灯的投影透镜时，有时发生问题。即，在应用于如上所述的投影透镜的情况下，在灯的非点灯时和点灯时，其环境温度在从0℃至80℃左右的范围变化，因此由于由树脂构成的透镜的热膨胀变化，而由三合透镜的光学特性、特别是球面像差引起的点形状的变化变得显著。如果通过投影透镜成像的点形状伴随温度变化而变化，则投影出的照明区域的图案形状也变化，因此，产生下述问题，即，伴随温度变化，ADB配光控制的可靠性降低。

发明内容

本发明的目的在于，提供具有下述投影透镜的车辆用灯具，该投影透镜改善了相对于温度变化的配光图案的形状变化，即改善了表示投影透镜的成像性能的点形状的温度依赖性。

本发明的车辆用灯具包含光源和对从光源射出的光进行投影的投影透镜，在该车辆用灯具中，投影透镜包含大于或等于2片树脂透镜和大于或等于1片玻璃透镜，树脂透镜的合计的折光率Pr与投影透镜整体的折光率(Optical power)Pt的折光率比R(＝Pr/Pt)处于R＜1/3的关系。

本发明中的投影透镜优选由三合透镜构成，该三合透镜从与光源相反侧起依次包含具有正的折光率的第1透镜、具有负的折光率的第2透镜和具有正的折光率的第3透镜，第1和第2透镜由树脂构成，第3透镜由玻璃构成。

发明的效果

根据本发明，通过将构成投影透镜的多个透镜中的大于或等于2片的透镜由树脂构成，从而能够将投影透镜轻量化，且通过使树脂透镜与投影透镜整体各自的折光率的比值小于1/3，从而能够改善表示投影透镜的成像性能的点形状的温度依赖性，实现适当的ADB配光控制。

附图说明

图1是具有本发明的配光控制装置的前大灯的概略纵剖视图。

图2是从前方观察灯单元的透视性的概略图。

图3是表示构成实施方式1的投影透镜的第1至第3透镜的面结构的图，示出其设计式及设计值。

图4是对从LED芯片射出的光进行合成后的配光图案图。

图5是表示折光率比和焦距变化率的温度依赖性的图。

图6A是表示实施方式1的投影透镜的由温度变化引起的点形状的变化的模拟图。

图6B是表示对比例的投影透镜的由温度变化引起的点形状的变化的模拟图。

图7是实施方式2的投影透镜的结构图。

图8是表示构成实施方式2的投影透镜的第1至第4透镜的面结构的图，示出其设计式及设计值。

图9是表示实施方式2的投影透镜的由温度变化引起的点形状的变化的模拟图。

标号的说明

HL 前大灯

1 灯壳

2 灯单元

3 光源

4、4A 投影透镜

5 发光电路

41 凸透镜(第1透镜：树脂透镜)

42 凹透镜(第2透镜：树脂透镜)

43 凸透镜(第3透镜：玻璃透镜)

44 凸透镜(第4透镜：玻璃透镜)

301～309 LED芯片(发光元件)

S1～S8 第1面～第8面

R 折光率比

Pr 树脂透镜的合计折光率

Pt 投影透镜整体的折光率

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是表示将本发明应用于运用了ADB配光控制的汽车的前大灯HL的概念结构的纵剖视图。此外，在以后的说明中，关于前或后，将前大灯HL中的光源侧称为后，将前大灯HL的前方侧称为前。

所述前大灯HL在通过灯体11和由透光性材料构成的前表面罩12形成的灯壳1内，内装有灯单元2。该灯单元2构成为，具有投影透镜4和内装且支撑于将内表面作为光反射面而形成的单元壳体21的光源3，将从光源3射出的光通过投影透镜4向汽车的前方区域照射而得到期望的配光。

图2是从前方观察所述投影透镜4时的透视性的概略图，如图1所示，所述光源3在支撑于散热器32的基板31搭载有多个发光元件30，在这里为9个发出白色光的LED(发光二极管)芯片301～309。这些LED芯片301～309在上下二层搭载，即，在上层4个LED芯片301～304以沿水平方向排列的状态进行搭载，在下层5个LED芯片305～309以沿水平方向排列的状态进行搭载。在这些LED芯片301～309发光时，将从各自射出的光直接朝向投影透镜4照射，或者在所述单元壳体21的内表面进行反射而朝向投影透镜4照射。

如图1所示，所述LED芯片301～309通过基板31而与发光电路5连接，通过该发光电路5控制为能够单独地发光、灭光、乃至使发光光度变化。在所述发光电路5连接有由驾驶员操作的照明开关51，构成为通过该照明开关51，能够对近光配光、远光配光、ADB配光进行切换设定。另外，该发光电路5构成为，连接有用于执行ADB控制的车载照相机52，并根据由该车载照相机52拍摄到的汽车的前方图像，对前方车辆进行检测，执行不对该前方车辆造成眩目的配光控制。

如图3所示，在实施方式1中，所述投影透镜4由三合透镜构成，从灯前侧起依次通过由具有正的折光率的凸透镜构成的第1透镜41、由具有负的折光率的凹透镜构成的第2透镜42、和由具有正的折光率的凸透镜构成的第3透镜43构成。使这些第1透镜41～第3透镜43各自的光轴一致而同轴配置，在该投影透镜4的灯后侧的焦点Fo的附近，配置有所述光源3即所述各LED芯片301～309。

构成所述投影透镜4的3片透镜中的、第1透镜41和第2透镜42由具有透光性的树脂构成，例如，第1透镜由PMMA(丙烯酸树脂)构成，第2透镜42由PC(聚碳酸酯树脂)构成。第3透镜43由与第2透镜42相比为低折射率且具有低色散(高阿贝数)的透光性的玻璃构成，例如，由N－BK7(硼硅酸玻璃)构成。

另外，为了减少投影透镜4中的像差，即色像差、球面像差、像散、彗差，将第1透镜41的前表面(第1面)S1和后表面(第2面)S2、第2透镜42的前表面(第3面)S3和后表面(第4面)S4、第3透镜43的前表面(第5面)S5和后表面(第6面)S6中的、至少第1面S1至第5面S5设计为非球面。此外，在本实施方式中，将第1面S1至第6面S6全部设计为基于图3所示的非球面定义式(1)的非球面。在这里，z为表面轮廓(Sag)量，r为从光轴起的径向尺寸，c为曲率半径，k为圆锥常数，α₁、α₂为非球面系数。

在具有以上结构的投影透镜4的实施方式1的前大灯HL中，通过由驾驶员进行的灯开关51的切换等而设定为近光配光控制或者远光配光控制。在近光配光控制时，通过发光电路5中的控制使上层的4个LED芯片301～304发光。从这些LED芯片301～304射出的白色光通过投影透镜4而向汽车的前方区域照射，在图4中，形成照明区域P1～P4合成后的配光，即，形成对与大致沿经过透镜光轴Lx的水平线H的明暗截止线相比的下侧区域进行照明的近光配光。

在远光配光控制时，通过发光电路5中的控制使更下层的5个LED芯片305～309发光。这些LED芯片305～309的白色光通过投影透镜4而向汽车的前方区域照射，成为照明区域P5～P9合成后的配光。该配光与所述的近光配光P1～P4合成，形成对宽广区域进行照明的远光配光。

另一方面，在由驾驶员设定为ADB配光控制时，发光电路5作为原则而进行远光配光的控制，并且基于由车载照相机52拍摄到的图像对存在于汽车的前方区域的前方车辆进行检测。而且，控制为将与检测出的前方车辆叠加的照明区域、特别是与照明区域P5～P9叠加的区域所对应的LED芯片变暗或者灭光。由此，执行ADB配光，即，前方车辆所属的照明区域选择性地被遮光而防止针对前方车辆的眩目，另一方面，提高了其它照明区域中的视觉识别性。

另外，在实施方式1的投影透镜4中，构成第1透镜41和第2透镜42的树脂的比重，在这里为PMMA和PC的比重各自大致为1.2(g/cm^-3)，如果与第3透镜的玻璃的比重2.0(g/cm^-3)比较，则大致为1/2，因此与将第1透镜41和第2透镜42由玻璃构成的投影透镜相比，能够实现投影透镜4的轻量化。另外，也能够实现低价格化。此外，将第3透镜43由玻璃构成的原因在于，如后面所述为了改善投影透镜4的成像性能。

在这里，对于投影透镜4的环境温度进行考察，在将前大灯HL熄灯时，投影透镜4的温度与外部气体温度大致相等，大致为0℃～40℃。另一方面，在前大灯HL点灯时，由于在LED芯片301～309产生的热而上升至80℃左右。

关于实施方式的投影透镜4，第1透镜41的PMMA的热膨胀系数为4.7～7(×10^-5/℃)左右，第2透镜42的PC的热膨胀系数为5.6(×10^-5/℃)左右。第3透镜43的N－BK7的热膨胀系数为30(×10^-7/℃)左右。因此，如果第1透镜41和第2透镜42由于热膨胀而变形，则第1透镜41和第2透镜42的透镜折光率变化，投影透镜4中的像差成为问题。另一方面，第3透镜43由玻璃构成，与树脂比较，热膨胀系数小两个数量级左右，因此，即使投影透镜4温度变化，也能够忽略对折光率造成的影响。

因此，本发明人关于由树脂构成的第1透镜41和第2透镜42的折光率的变化对投影透镜4的成像性能造成的影响进行了考察。特别地，着眼于第1透镜41和第2透镜42的合计的折光率，考察了该合计的折光率在投影透镜4的整体的折光率中所占的比例和投影透镜4的成像性能的相关性。即，求出了第1透镜41和第2透镜42的合计折光率P_1，2与投影透镜4的整体的折光率Pt的折光率比R，调查了该折光率比R(＝P_1，2/Pt)和投影透镜4中的成像性能的温度依赖性。

在将第1透镜41的正的折光率设为(+P1)，将第2透镜42的负的折光率设为(－P2)时，第1透镜41和第2透镜42的合计折光率P_1，2为P_1，2＝P1－P2。此外，如果将第1透镜41的焦距设为(+f1)，将第2透镜42的焦距设为(－f2)，则第1透镜41的折光率P1为(+1/f1)，第2透镜42的折光率P2为(－1/f2)，因此，合计折光率P_1，2作为P_1，2＝(1/f1)－(1/f2)而求出。

另外，如果将第3透镜43的正的折光率设为(+P3)，则投影透镜4的整体的折光率Pt为Pt＝P1－P2+P3。即，如果将第3透镜43的焦距设为(+f3)，则作为Pt＝(1/f1)－(1/f2)+(1/f3)而求出。

而且，为了对使所述的折光率比R变化时的投影透镜4的成像性能的温度依赖性进行评价，对与像差存在紧密的关系的焦距的变化率进行了测定，得到了图5所示的结果。横轴是折光率比R，纵轴是焦距的变化率(％)。关于折光率比R被设计为1/6、1/3、1/2的投影透镜，对使其温度变化40℃时的焦距的变化率进行了测定。其结果，如果折光率比R变大，则变化率增加，但判明了：为了将作为成像性能的点形状的影响变得显著的焦距变化率设为小于或等于0.1(％)，优选将折光率比R设为R＜1/3。

因此，在实施方式1中，第1透镜41和第2透镜42的合计折光率P_1，2与投影透镜4的整体的折光率Pt的折光率比R设计为R＜1/3。即，R＝(P_1，2/Pt)＜1/3。

为了将其实现，在实施方式1的投影透镜4中，将由树脂构成的第1透镜41和第2透镜42的形状，即，所述第1面S1至第4面S4，如图3所示设计为非球面，将第1透镜41的焦距和第2透镜42的焦距大致相等地构成。如上所述，通过使第1透镜41的焦距f1和第2透镜42的焦距f2大致相等，从而合计折光率P_1，2接近“0”，成为小的值。因此，相对于投影透镜4的整体的折光率Pt，能够使第1透镜41和第2透镜42的合计折光率P_1，2相对地极小，将折光率比R与1/3相比设计得格外小，这些都变得容易。

另外，在实施方式1的投影透镜4中，构成第1透镜41和第2透镜42的树脂各自的热膨胀系数大致相等。因此，相对于温度变化的第1透镜和第2透镜的折光率向相互相反的方向变化，合计的折光率P_1，2不会由于温度变化而大幅变化。由此，容易将折光率比R保持为比1/3小的值。

此外，即使构成第1透镜41和第2透镜42的树脂的种类不同，在各自的热膨胀系数中产生一定程度的差异，也由于树脂的热膨胀系数与玻璃的热膨胀系数比较，原本就极大，而能够忽略该热膨胀系数的差异。因此，在该情况下，也会得到如上述的温度依赖性的改善效果。另外，如果将第1透镜41和第2透镜42由热膨胀系数相等的树脂构成，则能够进一步改善温度依赖性。

在图6A示出作为由本发明人模拟得到的实施方式1的投影透镜4的成像性能的点形状。图3所示的实施方式1的投影透镜4，将第1透镜41和第2透镜42由树脂构成，将第3透镜43由玻璃构成。另外，将第1透镜41和第2透镜42的合计折光率设为接近“0”的小的值，将其折光率比R设计为R＜1/3。

图6B是与实施方式1的投影透镜4相同的透镜结构，但其是作为将第1透镜41至第3透镜43全部由树脂构成的对比例的投影透镜的模拟。因此，第1透镜至第3透镜全部由热膨胀引起的变形变得显著，折光率比R没有满足R＜1/3的条件。

相对于这些实施方式的投影透镜4和对比例的投影透镜，从第1透镜41侧起射入所需的径向尺寸的光束而将点进行成像。而且，都得到投影透镜的温度变化为0℃、20℃、40℃、80℃时的焦距、RMS(均方根：Root Mean Square)半径、点形状的变化。此外，关于相对于光轴的角度为0°和10°而求出了RMS。然后，如果将各温度下的焦距变化、点形状的变化、RMS半径的值进行比较，则可知与图6B的对比例的投影透镜相比，图6A的实施方式的投影透镜的点形状的温度依赖性少。

此外，在图6A所示的实施方式1的投影透镜4中，整体的折光率Pt为0.175，第1透镜41和第2透镜42的合计折光率P_1，2为0.002。因此，折光率比R为大致1/80，满足所述的R＜1/3的条件。在该折光率比R为1/80的情况下，如根据图5可知的那样，焦距的变化率能够改善为小于或等于0.08(％)。

此外，该折光率比R的值的范围，如上述所示是将焦距变化率设为小于或等于0.1(％)的情况，当然在将焦距变化率设得更严格的情况下，也可以将折光率比R的值设定为更小的范围，相反地，在将焦距变化率放宽的情况下，也可以将折光率比R的值设定为更大的范围。例如，在更严格的情况下，如根据图5可知的那样，如果将折光率比R设为R＜1/6，则能够将焦距的变化率改善至接近0.08(％)。

在实施方式1中，对将第1面至第6面全部设计为非球面的例子进行了说明，但本发明只要至少第1面至第5面为非球面即可，因此，第6面也可以是球面。另外，对于第1透镜和第3透镜的凸透镜及第2透镜的凹透镜，即使在是两面向相同方向弯曲的弯月透镜的情况下，也能够应用本发明。

图7是实施方式2的投影透镜4A的透镜结构图。在实施方式2中，投影透镜由4片透镜构成。即，从灯前侧起依次通过由具有正的折光率的凸透镜构成的第1透镜41、由具有负的折光率的凹透镜构成的第2透镜42、和各自由具有正的折光率的凸透镜构成的第3透镜43及第4透镜44构成。此外，面S1～S6与实施方式1相同，面S7、S8表示第4透镜44的前表面和后表面。

图8是表示实施方式2的投影透镜4A的面结构图和设计式及设计值的图。关于该投影透镜4A，所述第1和第2透镜41、42由树脂构成，所述第3和第4透镜43、44由玻璃构成。而且，在实施方式2中，第1透镜41和第2透镜42的合计折光率P_1，2与包含第1透镜41至第4透镜44在内的投影透镜4的整体的折光率Pt的折光率比R设计为R＝1/6。即，为R(＝1/6)＜1/3，满足在实施方式1中说明的条件R＝(P_1，2/Pt)＜1/3。

在实施方式2的投影透镜4A中，对使折光率比R变化时的成像性能的温度依赖性进行了评价，得到了与图5所示的实施方式1相同的结果。根据该结果可知，为了在实施方式2的投影透镜4A中也将焦距变化率设为小于或等于0.1(％)，优选将折光率比R设为R＜1/3。

图9是表示实施方式2的投影透镜4A的由温度变化引起的点形状的变化的模拟图。可知在该投影透镜中，也与图6A所示的实施方式1的投影透镜同样地，点形状的温度依赖性少。

根据本发明人的研究，本发明所涉及的投影透镜如果是具有大于或等于2片树脂透镜和大于或等于1片玻璃透镜的结构，则只要树脂透镜的合计折光率Pr与包含树脂透镜和玻璃透镜在内的投影透镜4的整体的折光率Pt的折光率比R(＝Pr/Pt)满足R＜1/3的条件，就能够实现与实施方式1、2相同的作用效果。

在这里，在实施方式的前大灯中，示出了将光源由9个LED芯片构成而形成ADB配光的例子，但并不限定于ADB配光，LED芯片的个数、照明区域的个数、乃至各个照明区域的图案形状能够任意地设定。另外，也能够应用于作为光源而使用了MEMS(micro electromechanical systems)镜阵列的灯。或者，并不限定于对光源光进行直接投影的光学系统，也能够应用于使用了通过旋转镜及摆动镜的反射光实现的光扫描(扫描)光学系统的灯。

Claims

1.一种车辆用灯具，其包含光源和对从光源射出的光进行投影的投影透镜，

该车辆用灯具的特征在于，

所述投影透镜包含大于或等于2片树脂透镜和大于或等于1片玻璃透镜，所述树脂透镜的合计的折光率Pr与所述投影透镜整体的折光率Pt的折光率比R处于R＜1/3的关系，其中，R＝Pr/Pt。

2.根据权利要求1所述的车辆用灯具，其中，

所述投影透镜由三合透镜构成，该三合透镜从与所述光源相反侧起依次包含具有正的折光率的第1透镜、具有负的折光率的第2透镜以及具有正的折光率的第3透镜，所述第1透镜和所述第2透镜由树脂构成，所述第3透镜由玻璃构成。

3.根据权利要求1所述的车辆用灯具，其中，

所述投影透镜从与所述光源相反侧起，依次包含具有正的折光率的第1透镜、具有负的折光率的第2透镜、具有正的折光率的第3透镜以及具有正的折光率的第4透镜而构成，所述第1透镜和所述第2透镜由树脂构成，所述第3透镜和所述第4透镜由玻璃构成。

4.根据权利要求2或3所述的车辆用灯具，其中，

所述第1透镜和所述第2透镜由热膨胀系数大致相同的树脂构成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆用灯具，其中，

对来自所述光源的光进行投影而进行ADB配光控制。