CN112664899A - 前照灯模块 - Google Patents

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Abstract

前照灯模块。前照灯模块(100)具有光源(1)、配光控制光学面和投射光学元件(8)。光源(1)出射光。配光控制光学面从所述光形成配光图案。投射光学面对配光图案进行投影。配光控制光学面包括:第1配光形成部,其在配光图案中形成照射高照度区域的配光,由从光源侧观察时为凸面形状的折射面或具有正光焦度的折射面构成;以及第2配光形成部,其在配光图案中形成照射低照度区域的配光,由从光源侧观察时为凹面形状的折射面或具有负光焦度的折射面构成,入射到第1配光形成部的光在通过所述第1配光形成部之后会聚,入射到第2配光形成部的光在通过第2配光形成部之后发散。

Description

前照灯模块
本申请是原案申请号为201680027360.8的发明专利申请(申请日:2016年5月17日,发明名称:前照灯模块及前照灯装置)的分案申请。
技术领域
本发明涉及对车辆的前方等进行照射的前照灯模块及前照灯装置。
背景技术
车辆用前照灯装置必须满足由道路交通法规等决定的规定的配光图案的条件。
作为道路交通法规之一,例如,规定了与汽车用近光(low beam)有关的规定的配光图案呈上下方向较窄的横长形状。
而且,要求截止线(cutoff line)下侧(配光图案的内侧)的区域成为最大照度。将该最大照度的区域称作“高照度区域”。这里,“截止线下侧的区域”意味着配光图案的上部,在前照灯装置中相当于对远方进行照射的部分。
另外,在配光图案中需要抑制配光不均。在前照灯装置对路面进行照明时,配光不均表现为较暗的线或者较亮的线。并且,配光不均有可能导致驾驶员形成错误的距离感。因此,在前照灯装置中需要抑制了配光不均的配光。
专利文献1公开了利用凸透镜生成高发光强度(luminosity)区域的技术。使用凸透镜在灯罩的上端缘附近形成明亮的光源像,并通过投射透镜对该光源像进行投影。由此,在截止线附近形成高发光强度区域。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008-288010号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是,专利文献1的结构利用投射透镜将通过凸透镜成像的光源像反转投影到前方。并且,光源由于光源的电极等的图案等而产生亮度不均。并且,光源由于光源的结构或者形状等而产生亮度不均。因此,导致光源的亮度不均原样作为照度不均被投影在配光图案中。即,导致光源的发光面的亮度不均原样作为照度不均被投影在配光图案中。
即,由于光源的亮度不均原样被投影,导致配光图案产生配光不均。
本发明正是鉴于现有技术的课题而完成的,其目的在于,提供一种通过使用被分区化的光学面,能够降低配光不均、生成高照度区域的前照灯装置。
用于解决问题的手段
前照灯模块具有:光源,其出射光;配光控制光学面,其由所述光形成配光图案;以及投射光学面,其对配光图案进行投影,所述配光控制光学面包括:第1配光形成部,其在所述配光图案中形成照射高照度区域的配光,由从所述光源侧观察时为凸面形状的折射面或具有正光焦度的折射面构成;以及第2配光形成部,其在所述配光图案中形成照射照度比所述高照度区域低的低照度区域的配光,由从所述光源侧观察时为凹面形状的折射面或具有负光焦度的折射面构成,入射到所述第1配光形成部的光在通过所述第1配光形成部之后会聚,入射到所述第2配光形成部的光在通过所述第2配光形成部之后发散。
发明效果
根据本发明,能够提供抑制了配光不均的前照灯模块或者前照灯装置。
附图说明
图1是示出实施方式1的前照灯模块100的结构的结构图。
图2是示出实施方式1的前照灯模块100的结构的结构图。
图3是实施方式1的前照灯模块100的配光控制元件4的立体图。
图4是说明实施方式1的前照灯模块100的会聚位置PW的图。
图5是说明实施方式1的前照灯模块100的会聚位置PW的图。
图6是利用等高线显示示出实施方式1的前照灯模块100的照射面9上的照度分布的图。
图7是利用等高线显示示出实施方式1的前照灯模块100的照射面9上的照度分布的图。
图8是示出实施方式1的比较例的前照灯模块101的结构图。
图9是利用等高线显示示出实施方式1的比较例的前照灯模块101的照射面9上的照度分布的图。
图10是示出实施方式1的前照灯模块100的遮光板5的边51的形状的示意图。
图11是示出实施方式2的前照灯模块110的结构的结构图。
图12是实施方式2的前照灯模块110的导光投射光学元件3的立体图。
图13是说明实施方式2的前照灯模块110的会聚位置PW的图。
图14是说明实施方式2的前照灯模块110的会聚位置PW的图。
图15是说明实施方式2的前照灯模块110的导光投射光学元件3的反射面32的形状的图。
图16是示出实施方式2的前照灯模块110的导光投射光学元件3的共轭面PC上的截面形状的示意图。
图17是示出实施方式3的前照灯装置10的结构的结构图。
图18是示出实施方式1的变形例1的前照灯模块102的结构的结构图。
图19是实施方式1的变形例1的配光控制元件40的立体图。
图20是示出入射到实施方式1的变形例1的配光控制元件4的光线的一例的图。
图21是示出实施方式2的变形例2的前照灯模块111的结构的结构图。
标号说明
10:前照灯装置;100、101、102、110、111:前照灯模块;1、6:光源;11、61:发光面;2、7:会聚光学元件;211、212:入射面;22:反射面;231、232:出射面;3:导光投射光学元件;30:导光光学元件;31:配光控制面;311:点配光形成部;312、312a、312b:扩散配光形成部;32:反射面;321:棱线部;33、330:出射面;4、40:配光控制元件;41:点配光形成部;42、42a、42b:扩散配光形成部;43:出射面;44:台阶;5:遮光板;51、51a、51b:边;8:投射透镜;9:照射面;91:截止线;92:截止线下侧的区域;93:高照度区域;96:罩;97:壳体;a、b、f:角度;C、Cp、Cs、C1、C2:光轴;L1、L2:光束;m1、m2、m3、m4:垂线;PH、PW:会聚位置;PC:共轭面;R1:光线;S1、S3、S4、S6:入射角;S2、S5:反射角;Sout、Sout1、Sout2:出射角。
具体实施方式
如上所述,专利文献1通过凸透镜将光源像成像,并利用投射透镜对该光源像进行投影。并且,特别是,专利文献1公开了光源采用白色发光二极管(半导体光源)的例子。
发光二极管的发光面并非均匀地发光。发光二极管的发光面由于电极等的图案而产生亮度不均。因此,在通过凸透镜形成光源像时,该亮度不均原样被投射透镜投影而产生照度不均。
并且,通常,发光二极管的发光面的形状是正方形形状或者圆形形状。因此,在通过凸透镜形成光源像时,发光面的形状的边界线原样被投射透镜进行投影。于是,在形成配光图案时产生配光不均。
另外,在如专利文献1那样利用一个凸透镜形成光源像的情况下,存在产生因像差的产生而引起的配光不均的情况。
这些配光不均单靠在较高发光强度的像上叠加较低发光强度的像并不能充分消除。在专利文献1中,例如利用来自反射器的反射光形成近光用配光图案的整体形状,在此基础上,使发光芯片的像通过凸透镜在灯罩的上端缘的上方附近大致成像,并通过投影透镜将该像投影到前方。
在以下所示的实施方式中,采用固体光源,使用被分区化的光学面抑制配光不均,能够形成高发光强度区域。“被分区化的光学面”是指被划分的光学面。在以下的各实施方式中,被划分的光学面在各个部分具有不同的光学特性。
在以下所示的实施方式中,使来自光源的光入射到光焦度(power)不同的分区(segment)。并且,使各分区形成的多个像重合,抑制配光图案的等高线的间隔不连续地变化。例如,通过使一个光源像的端部与相邻的另一个光源像重叠,能够降低在光源像的端部产生的配光不均。并且,通过使用光焦度不同的分区,能够形成配光图案内的高发光强度区域和配光图案的整体的形状。
并且,与一个透镜相比,各个分区的口径(aperture)较小。因此,与利用一个凸透镜形成光源像的情况相比,分区化后的光学面能够抑制像差的产生。于是,抑制了配光不均。
另外,投射透镜以与投影透镜相同的含义进行使用。这里,“投射”是指将光线投出去。另外,“投影”是指映出像。这里,投射透镜8将光源像或者配光图案映在照射面9上。
近年来,从抑制二氧化碳(CO2)的排出和燃料的消耗这样的减轻对环境的负担的观点出发,例如期望车辆的节能化。伴随于此,对于车辆用前照灯装置也要求小型化、轻量化及节能化。因此,期望车辆用前照灯装置的光源采用半导体光源。半导体光源的发光效率比以往的卤素灯(灯光源)高。
“半导体光源”例如是指发光二极管(LED:light Emitting Diode)或者激光二极管(LD:Laser Diode)等。
以往的灯光源(灯管、灯泡光源)是指向性比半导体光源低的光源。作为灯光源,可以举出白炽灯泡、卤素灯或者荧光灯等。因此,灯光源使用反射器(反射镜等)使放射出的光具有指向性。另一方面,半导体光源具有至少一个发光面,光被放射至发光面侧。
这样,半导体光源的发光特性与灯光源不同。因此,半导体光源期望使用适合于半导体光源的光学系统,而不是使用了反射器(反射镜等)的以往的光学系统。
例如,反射器适合于点光源的灯。因此,在对LED等光源使用反射器的情况下,光源不是一点而是成为多个点,浪费的光增多。并且,被反射器正确反射的光减少,浪费的光成为眩光。这成为在配光图案的区域内光量减少的原因。
另外,上述的半导体光源是固体光源的一种。关于固体光源,例如可以举出有机电致发光(有机EL)光源或者向涂覆在平面上的荧光体照射激励光使其发光的光源等。这些固体光源也期望使用与半导体光源同样的光学系统。
这样,将不包括灯管、灯泡光源的,具有指向性的光源称作“固体光源”。
“指向性”是指在光等输出到空间中时其强度因方向而异的性质。这里,“具有指向性”是指如上所述光在发光面的正面侧行进,光不在发光面的背面侧行进。即,从光源出射的光的发散角为180度以下。
“前照灯装置”是指搭载于运输设备等、为提高操作人员的视觉观察性及被从外部视觉观察的性能而使用的照明装置。车辆用前照灯装置也称作前照灯(head lamp)或者头灯(headlight)。
下面,以车辆用前照灯装置为例,参照附图对本发明的实施方式的例子进行说明。另外,在以下的实施方式的说明中,为了易于进行说明,使用XYZ坐标进行说明。
设车辆的左右方向为X轴方向。相对于车辆前方设左侧为+X轴方向,相对于车辆前方设右侧为-X轴方向。这里,“前方”是指车辆的行进方向。即,“前方”是前照灯装置照射光的方向。
设车辆的上下方向为Y轴方向。设上侧为+Y轴方向,设下侧为-Y轴方向。“上侧”是天空的方向,“下侧”是地面(路面等)的方向。
设车辆的行进方向为Z轴方向。设行进方向为+Z轴方向,设相反的方向为-Z轴方向。将+Z轴方向称作“前方”,将-Z轴方向称作“后方”。即,+Z轴方向是前照灯装置照射光的方向。
如上所述,在以下的实施方式中,Z-X平面是与路面平行的面。这是因为,在通常想法的情况下,路面是“水平面”。因此,可认为Z-X平面是“水平面”。“水平面”是与重力方向垂直的平面。
但是,路面有时相对于车辆的行驶方向倾斜。即,是上坡或下坡等。在这些情况下,可认为“水平面”是与路面平行的面。即,“水平面”不是与重力方向垂直的平面。
另一方面,一般的路面很少有相对于车辆的行驶方向向左右方向倾斜的情况。“左右方向”是道路的宽度方向。在这些情况下,可认为“水平面”是与重力方向垂直的面。例如,即使路面向左右方向倾斜,车辆与路面的左右方向垂直,也可认为等同于车辆相对于“水平面”向左右方向倾斜的状态。
另外,为了简化下文的说明,将“水平面”作为与重力方向垂直的平面来进行说明。即,将Z-X平面作为与重力方向垂直的平面来进行说明。
另外,关于在以下的实施方式中示出的光源,作为具有指向性的光源(固体光源)进行说明。如上所述,作为主要的例子,是发光二极管或者激光二极管等半导体光源。并且,光源也包括有机电致发光光源或者向涂覆在平面上的荧光体照射激励光使其发光的光源等。
在实施方式中作为例子采用了固体光源,这是因为在采用灯管、灯泡光源的情况下,难以应对节能化的要求或者装置小型化的要求。但是,在相比节能化的要求更重视提高光利用效率的要求的情况下,光源也可以是灯管、灯泡光源。即,在没有节能化的要求或者装置小型化的要求的情况下,光源也可以是灯管、灯泡光源。
本发明可应用于车辆用前照灯装置的近光或远光(high beam)等。并且,本发明可应用于摩托车用前照灯装置的近光或远光等。并且,本发明还可应用于三轮车或四轮车等其它车辆用的前照灯装置。
但是,在以下的说明中,以形成摩托车用前照灯装置的近光的配光图案的情况为例进行说明。摩托车用前照灯装置的近光的配光图案是截止线在车辆的左右方向(X轴方向)上成为水平的直线。并且,截止线的下侧(配光图案的内侧)的区域最亮。
“配光”是指光源相对于空间的发光强度分布(luminosity distribution)。即,是从光源射出的光的空间分布。另外,“发光强度(luminosity)”表示发光体发出的光的强度的程度,是在某个方向的微小立体角内经过的光束除以该微小立体角而得到的。即,“发光强度”是表示从光源发出何种强度的光的物理量。另外,“照度”是表示对平面状的物体照射的光的明亮度的物理量。与每单位面积照射的光束相等。
另外,“配光图案”示出由于从光源放射的光的方向而引起的光束的形状和光的强度分布(发光强度分布)。“配光图案”还用作以下所示的照射面9上的照度图案的含义。即,示出照射面9上的光所照射的形状及照度分布。并且,“配光分布”是相对于从光源放射的光的方向的、光的强度分布(发光强度分布)。“配光分布”还用作以下所示的照射面9上的照度分布的含义。
因此,在以下的实施方式中,例如关于在共轭面PC上形成的像(配光图案),也作为发光强度分布进行说明。
另外,在道路交通法规中,为了不使对向车辆感到眩目,要求配光图案的上侧光的边界线(截止线)清晰。即,要求截止线的上侧(配光图案的外侧)较暗,截止线的下侧(配光图案的内侧)较亮的清晰的截止线。
为了实现这种清晰的截止线,截止线不能产生较大的色像差(Chromaticaberration)或模糊等。“截止线产生模糊”是指截止线不鲜明。
车辆用前照灯装置需要实现这些复杂的配光图案。为了实现复杂的配光图案,需要使用会聚透镜等在局部提高照度。
“截止线”是在将前照灯装置的光照射到墙壁或屏幕上的情况下形成的光的明暗的区分线,是配光图案的上侧的区分线。即,是配光图案的上侧光的明部与暗部之间的边界线。是配光图案的上侧光的较亮区域(配光图案的内侧)与较暗区域(配光图案的外侧)的边界线。
截止线是对交错用的前照灯装置的照射方向进行调节时使用的用语。交错用的前照灯装置也被称作近光。
另外,“近光”是指向下的光束,在与对向车辆的交错时等使用。通常,近光照亮前方约40m。另外,“上下方向”是与地面(路面)垂直的方向。
另外,将上述的墙壁或者屏幕上的配光图案作为照度分布进行说明。因此,将最亮的区域称作“高照度区域”。另一方面,在将配光图案作为发光强度分布时,配光图案的最亮的区域成为“高发光强度区域”。例如,后述的共轭面PC上的配光图案的高发光强度区域对应于照射面9上的配光图案的高照度区域。
另外,作为道路交通法规的另一例,为了进行行人的识别和标识的识别,前照灯装置必须具有抬高步道侧的照射的“抬高线(rising line)”。这是为了不使对向车辆感到炫目,使驾驶员能够视觉观察到步道侧的人或者标识等。这里,“抬高线”示出了近光的对向车辆侧水平、步道侧相对于对向车辆侧倾斜地抬高的配光图案的形状。
在以下的实施方式中,将上述的墙壁或者屏幕作为照射面9进行说明。照射面9是设定在车辆前方的规定位置处的假想面。照射面9是与X-Y平面平行的面。即,照射面9是与前照灯装置照射光的方向(+Z轴方向)垂直的面。车辆前方的规定位置是计测前照灯装置的发光强度或照度的位置。车辆前方的规定位置由道路交通法规等规定。例如,在欧洲,UNECE(United Nations Economic Commission for Europe,欧洲经济委员会)规定的汽车用前照灯装置的发光强度的计测位置是从光源起25m的位置。在日本,日本工业标准调查会(JIS)规定的发光强度的计测位置是从光源起10m的位置。
另外,四轮的车辆例如可举出通常的四轮机动车等。此外,三轮的车辆例如可举出被称作不倒翁(Gyro)的三轮机动车。“被称作不倒翁的三轮机动车”是前轮为一轮、后轮为一轴两轮的由三轮构成的小型摩托车。在日本相当于带原动机的自行车。在车体的中央附近具有旋转轴,能够使包含前轮和驾驶席的车体的大部分向左右方向倾斜。通过该机构,能够与摩托车同样地在转弯时使重心向内侧移动。
实施方式1
图1的(A)和图1的(B)是示出实施方式1的前照灯模块100的结构的结构图。图1的(A)是相对于车辆前方从右侧(-X轴方向)观察的图。图1的(B)是从上侧(+Y轴方向)观察的图。
图2的(A)和图2的(B)是示出实施方式1的前照灯模块100的结构的结构图。图2的(A)是相对于车辆前方从右侧(-X轴方向)观察的图。图2的(B)是从上侧(+Y轴方向)观察的图。图2示出了会聚光学元件2的形状与图1不同的例子。
图3是配光控制元件4的立体图。
如图1所示,实施方式1的前照灯模块100具有光源1、会聚光学元件2、配光控制元件4和投射透镜8。实施方式1的前照灯模块100能够具有遮光板5。另外,如后面所述,在配光控制元件4具有会聚功能的情况下,能够省略会聚光学元件2。此外,也能够设为配光控制元件4和会聚光学元件2双方具有会聚功能。另外,前照灯模块100包含将会聚光学元件2安装在光源1上而成为一体的情况。
在实施方式1中,例如光源1的光轴Cs、会聚光学元件2的光轴C及投射透镜8的光轴Cp一致。在实施方式1中,例如会聚光学元件2的光轴C与光源1的光轴Cs一致。在实施方式1中,例如会聚光学元件2的光轴C与投射透镜8的光轴Cp一致。
<光源1>
光源1具有发光面11。光源1从发光面11出射光。光源1例如从发光面11出射用于对车辆的前方进行照明的光。
光源1位于会聚光学元件2的-Z轴方向侧。
在图1中,光源1向+Z轴方向出射光。“出射”是指朝向某个方向发出光。
光源1的种类没有特别限定,但是,如上述说明的那样,在以下的说明中,设光源1为LED(发光二极管)来进行说明。以下,将发光二极管称作LED。
将从光源1的发光面11的中心起向发光面11垂直延伸的轴作为光源1的光轴Cs。在图3中,光源1的光轴Cs与Z轴平行。
<会聚光学元件2>
会聚光学元件2将从光源1出射的光转换为会聚光。会聚光学元件2使从光源1出射的光会聚。
会聚光学元件2位于光源1的+Z轴侧(前方)。并且,会聚光学元件2位于配光控制元件4的-Z轴侧(后方)。
会聚光学元件2入射从光源1发出的光。
关于“入射”,例如在以会聚光学元件2为例时,是指光进入到会聚光学元件2的内部。
“入射”例如包含光到达光的入射面的情况。在图2中,是指光到达会聚光学元件2的入射面211、212。即,在以会聚光学元件2为例时,“入射”包含光到达会聚光学元件2的情况。
会聚光学元件2使光会聚在前方(+Z轴方向)的任意位置。会聚光学元件2是具有会聚功能的光学元件。即,会聚光学元件2是具有正光焦度的光学元件。
关于会聚光学元件2的会聚位置,使用图4和图5进行说明。
在图1中,示出了会聚光学元件2是具有正光焦度的凸透镜。另外,在图2中,示出了会聚光学元件2是利用了光的折射及光的反射的光学元件。
并且,实施方式1所示的会聚光学元件2例如内部充满了折射材料。
在图1及图2中,会聚光学元件2由一个光学元件构成,但是,也可以使用多个光学元件。但是,在使用多个光学元件的情况下,为了确保各光学元件的定位精度等而使得制造性降低。
光源1和会聚光学元件2配置在配光控制元件4的后方(-Z轴方向侧)。光源1配置在配光控制元件4的后方(-Z轴方向侧)。会聚光学元件2配置在配光控制元件4的后方(-Z轴方向侧)。
在图1及图2中,光源1的光轴Cs与会聚光学元件2的光轴C一致。
下面,以图2所示的会聚光学元件2为例进行说明。
在图2中,会聚光学元件2例如具有入射面211、212、反射面22和出射面231、232。
会聚光学元件2紧接光源1之后配置。与上述的“后方”不同,这里,“后”是指从光源1出射的光的行进方向侧。这里,由于是“紧接……之后”,因此,从发光面11出射的光立即入射到会聚光学元件2。
LED出射朗伯配光(Lambert distribution)的光。“朗伯配光”是发光面的亮度与观察方向无关地恒定的配光。即,LED的配光的指向性较宽。因此,通过缩短光源1和会聚光学元件2的距离,能够使更多的光入射到会聚光学元件2。
会聚光学元件2例如是由透明树脂、玻璃或硅酮材料制作的。会聚光学元件2的材料只要具有透过性即可而与材质无关,也可以是透明的树脂等。即,会聚光学元件2的材料只要具有透过性即可。但是,从光利用效率的观点出发,会聚光学元件2的材料适合透过性较高的材料。并且,由于会聚光学元件2紧邻光源1之后配置,因此,期望会聚光学元件2的材料是耐热性优良的材料。
“透过”是指光等穿过物体内部的现象。
入射面211是在会聚光学元件2的中心部分形成的入射面。“会聚透镜2的中心部分”是指光轴C在入射面211上具有交点。即,光轴C在入射面211上通过。
并且,入射面211例如是具有正光焦度的凸面形状。入射面211的凸面形状呈向-Z轴方向凸出的形状。入射面211例如呈以光轴C为旋转轴的旋转对称的形状。
另外,在透镜中,光焦度也被称作“屈光力”。
入射面212例如呈以椭圆的长轴或短轴为旋转轴旋转而成的旋转体的表面形状的一部分。将以椭圆的长轴或短轴为旋转轴旋转而成的旋转体称作“旋转椭圆体”。该旋转椭圆体的旋转轴与光轴C一致。入射面212呈将旋转椭圆体的旋转轴方向的两端切断而得到的表面形状。即,入射面212呈筒形。
入射面212的筒形的一端(+Z轴方向侧的端部)与入射面211的外周连接。入射面212的筒形相对于入射面211形成在光源1侧(-Z轴方向)。入射面212的筒形相对于入射面211形成在后方。即,入射面212的筒形相对于入射面211形成在光源1侧。
反射面22呈如下的筒形:X-Y平面上的截面形状例如呈以光轴C为中心的圆形。关于反射面22的筒形,-Z轴方向侧的端部在X-Y平面上的圆形的直径小于+Z轴方向侧的端部在X-Y平面上的圆形的直径。即,从-Z轴方向朝向+Z轴方向,反射面22的直径增大。
例如,反射面22呈圆锥台的侧面形状。包含中心轴的面上的圆锥台的侧面形状呈直线形状。但是,包含光轴C的面上的反射面22的形状也可以是曲线形状。“包含光轴C的面”是指在面上描绘光轴C的线。
反射面22的筒形的一端(-Z轴方向侧的端部)与入射面212的筒形的另一端(-Z轴方向侧的端部)连接。即,反射面22位于入射面212的外周侧。
出射面231位于入射面211的+Z轴方向侧。出射面231例如是具有正光焦度的凸面形状。出射面231的凸面形状呈向+Z轴方向凸出的形状。光轴C在出射面231上具有交点。即,光轴C在出射面231上通过。出射面231例如呈以光轴C为旋转轴的旋转对称的形状。
入射面211和出射面231的组合具有会聚功能。即,入射面211和出射面231的组合具有正光焦度。在这种情况下,例如,入射面211或出射面231中的一方可以是负光焦度。
出射面232位于出射面231的外周侧。出射面232例如呈与X-Y平面平行的平面形状。即,出射面232例如呈与和光轴C垂直的平面平行的平面形状。出射面232的内周和外周呈圆形。
出射面232的内周与出射面231的外周连接。出射面232的外周与反射面22的筒形的另一端(+Z轴方向侧的端部)连接。
从发光面11出射的光中的出射角较小的光线入射到入射面211。出射角较小的光线例如发散角为60度以内。出射角度较小的光线从入射面211入射并从出射面231出射。从出射面231出射的出射角度较小的光线被入射面211或出射面231会聚。从出射面231出射的出射角较小的光线会聚在会聚光学元件2的前方(+Z轴方向)的任意位置。如上所述,关于会聚位置将在后面叙述。
“发散角”是指光扩散的角度。
从发光面11出射的光中的出射角较大的光线入射到入射面212。出射角较大的光线例如发散角大于60度。从入射面212入射的光线被反射面22反射。被反射面22反射后的光线向+Z轴方向行进。被反射面22反射后的光线从出射面232出射。从出射面232出射的出射角较大的光线被反射面22会聚。从出射面232出射的出射角较大的光线会聚在会聚光学元件2的前方(+Z轴方向)的任意位置。如上所述,关于会聚位置将在后面叙述。
作为一例,设在以下的各实施方式中说明的会聚光学元件2是具有以下功能的光学元件来进行说明。
透过入射面211和出射面231的光通过折射而会聚。另一方面,透过入射面212和出射面232的光通过反射面22的反射而会聚。即,会聚光学元件2通过折射而使从光源1出射的出射角较小的光线会聚。并且,会聚光学元件2通过反射而使从光源1出射的出射角较大的光线会聚。
在从出射面231出射的光的会聚位置形成与光源1的图案(发光面11的形状)形状相似的像。即,在从出射面231出射的光的会聚位置形成光源1的像。因此,光源1的发光面11的形状通过投射透镜8被投影,有时产生配光不均。
在这种情况下,例如通过使从出射面231出射的光的会聚位置和从出射面232出射的光的会聚位置不同,能够缓和由于从出射面231出射的光导致的配光不均。
从出射面232出射的光线的会聚位置和从出射面231出射的会聚位置不需要一致。例如,可以是,与从出射面231出射的光的会聚位置相比,从出射面232出射的光的会聚位置更接近会聚光学元件2的位置。
这是因为,从出射面232出射的光不形成光源像。因此,通过将从出射面232出射的光叠加在由从出射面231出射的光形成的光源像上,能够降低光源像的发光强度不均。
另外,在实施方式1中使用遮光板5形成截止线91,由此被遮光板5遮挡的光不被用作投射光。即,在从出射面231出射的光的会聚位置形成的光源1的像的一半不被用作投射光。
在使用图2所示的会聚光学元件2的情况下,通过与配光控制元件4一并使用,能够提高配光不均的降低效果。
另外,如图1所示,在会聚光学元件2使用通常的会聚透镜的情况下,也能够利用配光控制元件4降低配光不均。
另外,在实施方式1中,会聚光学元件2的入射面211、212、反射面22和出射面231、232各自全部呈以光轴C为中心的旋转对称的形状。但是,只要能够使从光源1出射的光会聚即可,不限于旋转对称的形状。
例如,通过使反射面22的X-Y平面上的截面形状为椭圆形,会聚位置处的会聚光斑也能够成为椭圆形。而且,前照灯模块100容易生成范围较广的配光图案。
“会聚光斑”是指在光会聚的位置处的光束的形状。“会聚的位置”是指从出射面出射的光的光束最小的位置。
并且,即使在光源1的发光面11的形状为矩形形状的情况下,例如,反射面22在X-Y平面上的截面形状为椭圆形时,能够使会聚光学元件2成为小型。
并且,会聚光学元件2整体具有正光焦度即可。入射面211、212、反射面22和出射面231、232各自可以分别具有任意的光焦度。
另外,如上所述,在光源1采用灯管、灯泡光源的情况下,可以使用反射镜作为会聚光学元件。
<配光控制元件4>
配光控制元件4位于光源1的+Z轴方向。配光控制元件4位于会聚光学元件2的+Z轴方向。配光控制元件4位于遮光板5的-Z轴方向。而且,配光控制元件4位于投射透镜8的-Z轴方向。
配光控制元件4入射从会聚光学元件2出射的光。配光控制元件4向前方(+Z轴方向)出射光。在不使用会聚光学元件2的情况下,配光控制元件4入射从光源1出射的光。
图3是配光控制元件4的立体图。图3所示的配光控制元件4是一例。
配光控制元件4例如是板状的光学元件。
配光控制元件4例如是由透明树脂、玻璃或硅酮材料制作的。
配光控制元件4具有点配光形成部41和扩散配光形成部42。
以下,“点配光”是指集中照亮一个区域的配光。在实施方式1中,例如是照亮高照度区域的配光。
另外,“扩散配光”是指照亮照射区域整体的配光。扩散配光是照亮低照度区域的配光。低照度区域是照度比点配光照射的高照度区域低的区域。在实施方式1中,例如是照亮配光图案整体的配光。
另外,“扩散光”是扩散的光。“会聚光”是会聚的光。即,透过了扩散配光形成部42的光的发散角增大。另外,透过了点配光形成部41的光的发散角减小。
配光控制元件4在共轭面PC上形成投射光学元件8投射的配光图案的配光分布。投射光学元件8将配光控制元件4形成的配光图案投影到照射面9上。投射光学元件8将形成于共轭面PC上的配光图案投影到照射面9上。照射面9上的配光图案成为与共轭面PC上的配光图案相似的形状。
点配光形成部41在共轭面PC上的配光图案中形成高发光强度区域。扩散配光形成部42在共轭面PC上的配光图案中形成低发光强度区域。低发光强度区域是发光强度比高发光强度区域低的区域。
如上所述,配光控制元件4变更从会聚光学元件2出射的会聚光的焦点位置。
在图3中,例如点配光形成部41和扩散配光形成部42形成于配光控制元件4的入射面侧。即,点配光形成部41和扩散配光形成部42形成于配光控制元件4的-Z轴方向侧的面上。
在图3中,例如配光控制元件4具有两个扩散配光形成部42a、42b。扩散配光形成部42a位于配光控制元件4的+X轴方向侧。扩散配光形成部42b位于配光控制元件4的-X轴方向侧。
并且,点配光形成部41配置在两个扩散配光形成部42a、42b之间。点配光形成部41位于两个扩散配光形成部42a、42b之间。
另外,在实施方式中,点配光形成部41和扩散配光形成部42a、42b在X轴方向上并排配置。即,被分区化的光学面41、42a、42b在X轴方向上并排配置。但是,被分区化的光学面例如也可以二维地配置在X-Y平面上。
首先,对点配光形成部41进行说明。
点配光形成部41例如是在X轴方向具有曲率、在Y轴方向不具有曲率的凸形状的柱状透镜。即,点配光形成部41使入射光会聚在Z-X平面上。另一方面,点配光形成部41使入射光在Y-Z平面上直接透过。
柱状透镜是具有圆筒的侧面形状的折射面的透镜。柱状透镜是在一个方向具有屈光力而使光收敛或发散、在垂直的方向没有屈光力的透镜。
平行地入射到凸形状的柱状透镜的光会聚于直线上。在图3中,该光所会聚的直线与Y轴平行。
在图3中,点配光形成部41是在水平方向(X轴方向)上具有正光焦度的凸面形状。即,在沿与Z-X平面平行的面将点配光形成部41截断时,呈凸透镜的形状。
当点配光形成部41在水平方向(X轴方向)上具有正光焦度的情况下,由会聚光学元件2会聚并入射到点配光形成部41的光,其发散角变化。并且,入射到点配光形成部41的光在通过点配光形成部41后,在水平方向(X轴方向)进一步会聚。
光轴C通过点配光形成部41的透镜面。在图3中,光轴C和以与Z-X平面平行的面将点配光形成部41截断时的凸透镜的光轴一致。
或者,光源1的光轴Cs通过点配光形成部41的透镜面。
或者,从光源1出射的光的中心光线通过点配光形成部41的透镜面。中心光线是指从光源1的发光面11的中心发出的光中、位于光束中心的光线。在各实施方式中,以中心光线与光源的光轴一致为例进行说明。另外,在各实施方式中,以光源的光轴与会聚光学元件的光轴一致为例进行说明。
下面,对扩散配光形成部42进行说明。
扩散配光形成部42例如是在X轴方向具有曲率、在Y轴方向不具有曲率的凹形状的柱状透镜。即,扩散配光形成部42使入射光在Z-X平面上发散。另一方面,扩散配光形成部42使入射光在Y-Z平面上原样透过。
在图3中,扩散配光形成部42a、42b都是在水平方向(X轴方向)上具有负光焦度的凹面形状。即,在沿与Z-X平面平行的面将扩散配光形成部42截断时,呈凹透镜的形状。
当扩散配光形成部42a、42b在水平方向(X轴方向)上具有负光焦度的情况下,由会聚光学元件2会聚并入射到扩散配光形成部42a、42b的光,其发散角变化。并且,入射到扩散配光形成部42a、42b的光在通过扩散配光形成部42a、42b后,在水平方向(X轴方向)发散。即,入射到扩散配光形成部42a、42b的光的发散角增大。
扩散配光形成部42形成于点配光形成部41的周边。
扩散配光形成部42相对于会聚光学元件2的光轴C比点配光形成部41靠外侧配置。或者,扩散配光形成部42相对于光源1的光轴Cs比点配光形成部41靠外侧配置。或者,扩散配光形成部42相对于从光源1出射的光的中心光线比点配光形成部41靠外侧配置。
如上所述,在图3中,扩散配光形成部42a配置在点配光形成部41的+X轴侧。并且,扩散配光形成部42b配置在点配光形成部41的-X轴侧。
在图3中,扩散配光形成部42a、42b与点配光形成部41邻接配置。因此,到达配光控制元件4的光从点配光形成部41或扩散配光形成部42中的任一方入射到配光控制元件4。即,到达配光控制元件4的光到达点配光形成部41或扩散配光形成部42中的任一方。
但是,扩散配光形成部42a、42b不一定需要与点配光形成部41邻接配置。
可认为配光控制元件4是配光图案形状形成元件的一例。并且,可认为配光控制元件4是会聚元件的一例。
“配光图案形状形成元件”是形成配光图案的形状的元件。
<遮光板5>
下面,对遮光板5进行说明。
遮光板5对从配光控制元件4出射的光的一部分进行遮光。遮光板5形成上述的截止线91。
遮光板5位于与照射面9光学共轭的位置。可认为照射面9配置在相对于前照灯模块100无限远的位置处。因此,共轭点成为投射透镜8的前侧的焦点。遮光板5配置在投射透镜8的前侧的焦点位置。即,共轭面PC是与投射透镜8的光轴Cp垂直的面。并且,共轭面PC位于投射透镜8的前侧的焦点位置。前侧的焦点是光入射侧的焦点。在实施方式1中,光从-Z轴方向侧入射到投射透镜8。即,前侧的焦点是投射透镜8的-Z轴侧的焦点。
“光学共轭”是指从一个点发出的光在另一个点成像的关系。因此,优选遮光板5的+Y轴方向的边51成为截止线91的形状。这是因为,遮光板5位于与照射面9光学共轭的位置。因此,在遮光板5(共轭面PC)的位置处的配光图案成为与在照射面9上的配光图案相似的形状。另外,遮光板5的位置处的配光图案在上下方向及左右方向上反转而被投影到照射面9上。
另外,例如在投射透镜8是环形透镜(toroidal lens)的情况下,照射面9上的配光图案的纵向与横向的比率,与遮光板5(共轭面PC)的位置处的配光图案不同。即,照射面9上的配光图案是以遮光板5(共轭面PC)的位置处的配光图案为基础形成的。
<投射透镜8>
投射透镜8位于遮光板5的+Z轴方向。
投射透镜8是具有正光焦度的透镜。在遮光板5(共轭面PC)的位置处形成的配光图案的像,通过投射透镜8被放大投影在车辆前方的照射面9上。
投射透镜8是将在遮光板5的位置处形成的配光图案的像放大投影的“投射光学元件”。另外,在实施方式中,作为一例,将该投射光学元件作为投射透镜8进行说明。
投射透镜8可以由一片透镜构成。另外,投射透镜8也可以使用多个透镜构成。但是,在透镜的片数增加时,光利用效率降低。因此,期望投射透镜8由一片或者两片构成。
投射透镜8由透明树脂等制作。并且,投射透镜8的材质不限于透明树脂,只要是具有透光性的折射材料即可。这对于上述的会聚光学元件2或者配光控制元件4也一样。“透光性”是使光透过的性质。
另外,期望将投射透镜8配置成使其光轴Cp位于比会聚光学元件2的光轴C靠下侧(-Y轴方向)的位置。另外,在图2中,为了简化说明,设为会聚光学元件2的光轴C与投射透镜8的光轴Cp一致。
这是因为,对汽车用近光所要求的规定的配光图案需要使对向车辆侧的截止线位于比水平线稍微靠下的位置。如果将投射透镜8的光轴Cp配置得比会聚光学元件2的光轴C靠下侧(-Y轴方向),则能够将照射面9上的配光图案配置在下侧(-Y轴方向)的位置。
投射透镜8的光轴Cp是连接透镜的两面的曲率中心的线。投射透镜8的光轴Cp是经过投射透镜8的面顶点的法线。在图1及图2的情况下,投射透镜8的光轴Cp成为经过投射透镜8的面顶点的与Z轴平行的轴。
当投射透镜8的面顶点在X-Y平面上沿X轴方向或者Y轴方向平行移动的情况下,投射透镜8的面顶点的法线也在X-Y平面上沿X轴方向或者Y轴方向平行移动。因此,同样,投射透镜8的光轴Cp也在X-Y平面上沿X轴方向或者Y轴方向平行移动。并且,在投射透镜8相对于X-Y平面倾斜的情况下,投射透镜8的面顶点的法线也相对于X-Y平面倾斜。因此,同样,投射透镜8的光轴Cp也相对于X-Y平面倾斜。
在图1及图2中,例如投射透镜8的光轴Cp与光源1的光轴及会聚透镜2的光轴C一致。并且,光源1的光轴Cs与在发光面11的中心位置的法线一致。
并且,在图1及图2中,将投射透镜8配置成,使遮光板5的+Y轴方向侧的边51在Y轴方向上的位置与投射透镜8的光轴Cp在Y轴方向上的位置一致。即,在图1及图2中,遮光板5的+Y轴方向侧的边51与投射透镜8的光轴Cp相交。在图1及图2中,遮光板5的+Y轴方向侧的边51与投射透镜8的光轴Cp垂直。
另外,在遮光板5的+Y轴方向侧的边51不是直线的情况下,例如在遮光板5的+Y轴方向侧的边51与投射透镜8的光轴Cp相交的位置(点Q)处的与X-Y平面平行的面,存在与照射面9光学共轭的关系。即,能够将包含点Q且与X-Y平面平行的面配置于与照射面9光学共轭的位置处。点Q是边51与光轴Cp相交的点。
通过这样配置,能够使照射面9上的截止线91在Y轴方向上的位置与光源1的中心在Y轴方向上的位置一致。即,通过进行使边51与光轴Cp相交的配置,能够使照射面9上的截止线91在Y轴方向上的位置与光源1的中心在Y轴方向上的位置一致。
另外,遮光板5的+Y轴方向侧的边51和投射透镜8的光轴Cp不一定需要相交。即,只要点Q的光轴Cp方向(Z轴方向)的位置与投射透镜8的光轴Cp方向(Z轴方向)的焦点的位置一致即可。
当然,在将前照灯模块100倾斜地搭载于车辆的情况下,也可以对应于其倾斜度来变更配置投射透镜8的位置。但是,调整投射透镜8的位置,相比调整前照灯模块100整体是较小部件的调整,因而能够容易进行调整。并且,可以仅对前照灯模块100单体进行调整。
<光线的行为>
如图2所示,被会聚光学元件2会聚后的光从点配光形成部41、扩散配光形成部42a或扩散配光形成部42b中的任意一方入射到配光控制元件4。
点配光形成部41例如是仅在X轴方向具有曲率的凸面形状的折射面。扩散配光形成部42a、42b例如是仅在X轴方向具有曲率的凹面形状的折射面。
其中,点配光形成部41、扩散配光形成部42a及扩散配光形成部42b的X轴方向上的曲率对相对于路面的水平方向的“配光的宽度”做出贡献。并且,点配光形成部41、扩散配光形成部42a及扩散配光形成部42b的Y轴方向上的曲率对相对于路面的垂直方向的“配光的高度”做出贡献。
“配光的宽度”是指被投影到照射面9上的配光图案在X轴方向上的长度。“配光的高度”是指被投影到照射面9上的配光图案在Y轴方向上的长度。
另外,以上将点配光形成部41及扩散配光形成部42a、42b设为柱状透镜进行了说明。但是,在调整“配光的高度”的情况下,能够将点配光形成部41或扩散配光形成部42a、42b设为在X轴方向和Y轴方向具有不同的光焦度的透镜面。
作为在X轴方向和Y轴方向具有不同曲率的透镜面,例如可以举出环形透镜面(toroidal lens surface)。“环形透镜面”是指如桶的表面或者面包圈表面那样垂直的两个轴向的曲率不同的面。
<Z-X平面上的光线的行为>
首先,对经过点配光形成部41的光进行说明。
如图2的(B)所示,当在Z-X平面进行观察时,点配光形成部41为凸面形状。即,点配光形成部41关于水平方向(X轴方向)具有正光焦度。
这里,例如“在Z-X平面进行观察”意味着从Y轴方向进行观察。即,是指投影到Z-X平面进行观察。
因此,入射到点配光形成部41的光进一步会聚并从配光控制元件4的出射面43出射。因此,在点配光形成部41是柱状透镜的情况下,入射到点配光形成部41的光在比会聚位置PH靠近前侧(-Z轴方向侧)的位置处会聚。
因此,入射到点配光形成部41并从配光控制元件4的出射面43出射的光的共轭面PC上的X轴方向的光束宽度,根据点配光形成部41的曲率而变化。
当在Z-X平面进行观察时,为了通过点配光形成部41形成最亮的点配光,如图2所示使从点配光形成部41出射的光在X轴方向上的会聚位置PW与共轭面PC一致即可。即,只要会聚位置PW位于共轭面PC上即可。但是,被点配光形成部41所照明的X轴方向的区域最小。
即,只要会聚位置PW与共轭面PC一致,即可形成最亮的点配光。会聚位置PW是从点配光形成部41出射的光在X轴方向上的会聚位置。
在图2的(A)中,Y轴方向的会聚位置PH用单点划线示出。并且,在图2的(A)中,共轭面PC用虚线示出。在图2的(B)中,X轴方向的会聚位置PW用单点划线示出。
另外,关于透过会聚光学元件2的入射面211和出射面231的光,其会聚位置PH、PW在共轭面PC上,这是指将光源1的发光面11成像于共轭面PC上。即,关于透过会聚光学元件2的入射面211和出射面231的光,当其会聚位置PH、PW与共轭面PC的位置一致时,光源1的发光面11成像于共轭面PC上。
另外,在图2的(A)及图2的(B)中,关于透过会聚光学元件2的入射面211和出射面231的光,会聚位置PW及会聚位置PH各自与共轭面PC的位置一致。这是指分别关于X轴方向及Y轴方向,会聚光学元件2和配光控制元件4使光源1的发光面11成像于共轭面PC上。即,会聚光学元件2和配光控制元件4使在共轭面PC上形成发光面11的像。
会聚位置PW是X轴方向的会聚位置。即,会聚位置PW是Z-X平面上的会聚位置。会聚位置PH是Y轴方向的会聚位置。即,会聚位置PH是Y-Z平面上的会聚位置。
即,在图2中,会聚光学元件2在X轴方向和Y轴方向具有不同的光焦度。例如,会聚光学元件2的入射面211和出射面231是环形透镜。
例如,如图2的(A)所示,当在Y-Z平面进行观察时,会聚光学元件2的光焦度和点配光形成部41的光焦度合成而得的会聚位置PH在共轭面PC上。但是,在图2的(A)中,点配光形成部41不具有光焦度,因而会聚位置PH成为会聚光学元件2的Y轴方向的会聚位置。
另一方面,如图2的(B)所示,当在Z-X平面进行观察时,会聚光学元件2的光焦度和点配光形成部41的光焦度合成而得的会聚位置PW在共轭面PC上。在图2的(B)中,点配光形成部41具有光焦度。
会聚位置PH、PW是基于会聚光学元件2和配光控制元件4的合成光焦度的会聚位置。在图2的(A)中,会聚位置PH是基于会聚光学元件2的光焦度的Y轴方向的会聚位置。在图2的(B)中,会聚位置PW是基于会聚光学元件2和点配光形成部41的合成光焦度的X轴方向的会聚位置。
因此,会聚光学元件2的X轴方向的焦点的焦距比会聚光学元件2的Y轴方向的焦点的焦距短。即,会聚光学元件2的Z-X平面上的焦距比会聚光学元件2的Y-Z平面上的焦距短。X轴方向的焦点的位置是焦点位置PW。Y轴方向的焦点的位置是焦点位置PH。
共轭面PC位于与照射面9共轭的位置。
因此,在共轭面PC上的水平方向的光的扩散相当于照射面9的“配光的宽度”。即,通过使点配光形成部41的X轴方向的曲率变化,能够控制共轭面PC上的X轴方向的光束的宽度。
因此,能够使前照灯模块100的点配光(高照度区域)的亮度变化。即,在点配光的宽度较窄时,点配光的亮度比点配光的宽度较宽时亮。宽度较窄的点配光的亮度比宽度较宽的点配光的亮度亮。
另外,通过点配光形成部41形成的会聚位置PW不一定需要与共轭面PC一致。
图4及图5是说明实施方式1的前照灯模块100的会聚位置PW的图。另外,如图4的(A)及图5的(A)所示,会聚位置PH位于共轭面PC上。
在图4中,从点配光形成部41出射的光的会聚位置PW位于比共轭面PC靠近前侧(-Z轴方向侧)的位置。即,会聚位置PW位于点配光形成部41和遮光板5之间。会聚位置PW位于点配光形成部41和共轭面PC之间。会聚位置PW位于点配光形成部41和遮光板5之间的空隙中。另外,在图4中,会聚位置PW由会聚光学元件2和点配光形成部41决定。
“空隙”是指间隙。
在图4的结构中,通过会聚位置PW后的光发散。因此,共轭面PC上的X轴方向的光束宽度比会聚位置PW的X轴方向的光束宽度宽。因此,从共轭面PC出射在水平方向(X轴方向)具有扩展度的光。
在图5中,从点配光形成部41出射的光的会聚位置PW位于比共轭面PC靠后级侧(+Z轴方向侧)的位置处。在图5中,会聚位置PW位于比共轭面PC靠+Z轴方向侧的位置处。即,会聚位置PW位于遮光板5(共轭面PC)和投射透镜8之间。另外,在图5中,会聚位置PW由会聚光学元件2和点配光形成部41决定。
另外,“后级”表示光行进的方向。例如,配光控制元件4被配置在,在从会聚光学元件2出射的光到达配光控制元件4的情况下,配光控制元件4位于会聚光学元件2的后级。
在图5的结构中,透过共轭面PC后的光在会聚位置PW会聚。因此,共轭面PC上的X轴方向的光束宽度比会聚位置PW的X轴方向的光束宽度宽。因此,从共轭面PC出射在水平方向(X轴方向)具有扩展度的光。
通过控制从共轭面PC到会聚位置PW的距离,能够控制共轭面PC上的X轴方向的光束宽度。因此,从共轭面PC出射在水平方向(X轴方向)具有扩展度的光。
另外,会聚位置PH、PW是通过使光束直径在X-Y平面上为最小,而使得每单位面积的光的密度为最高的位置。
因此,在会聚位置PW和共轭面PC的位置一致的情况下,照射面9上的点配光的宽度最窄。并且,照射面9上的点配光的照度最高。
即,在想要形成最亮的点配光的情况下,使透过点配光形成部41的光的会聚位置PW与共轭面PC的位置一致即可。并且,使透过点配光形成部41的光的会聚位置PH与共轭面PC的位置一致即可。
这里,会聚位置PH、PW及共轭面PC的位置是Z轴方向的位置。
下面,对经过扩散配光形成部42a、42b的光进行说明。
如图2的(B)所示,当在Z-X平面进行观察时,扩散配光形成部42a、42b呈凹面形状。即,扩散配光形成部42a、42b在水平方向(X轴方向)具有负光焦度。在图2的(B)中,扩散配光形成部42a、42b是向-Y轴方向凹陷的凹面形状。
因此,入射到扩散配光形成部42a、42b的光扩散并从配光控制元件4的出射面43出射。即,入射到扩散配光形成部42a、42b的光的发散角增大,并从配光控制元件4的出射面43出射。
因此,入射到扩散配光形成部42a、42b并从配光控制元件4的出射面43出射的光在共轭面PC上的X轴方向的光束宽度变宽。通过扩散配光形成部42a、42b,在共轭面PC上的X轴方向的光束宽度变宽。
例如,如图2的(B)所示,入射到扩散配光形成部42a、42b并从配光控制元件4的出射面43出射的光在共轭面PC上的光束L2的宽度,比入射到点配光形成部41并从配光控制元件4的出射面43出射的光在共轭面PC上的光束L1的宽度宽。这里,宽度是指X轴方向的光束尺寸。
这样,扩散配光形成部42a、42b通过在X轴方向具有负光焦度,能够形成宽度较宽的配光图案。扩散配光形成部42a、42b形成比透过点配光形成部41而生成的点配光宽的扩散配光。
扩散配光形成部42a、42b形成比点配光宽的扩散配光。点配光是透过点配光形成部41而形成的。扩散配光是透过扩散配光形成部42a、42b而形成的。
由此,入射到扩散配光形成部42a、42b并从配光控制元件4的出射面43出射的光在共轭面PC上的光束L2的宽度,比入射到点配光形成部41并从配光控制元件4的出射面43出射的光在共轭面PC上的光束L1的宽度宽。
即,在共轭面PC上,在X轴方向上,光束L2的宽度比光束L1的宽度宽。光束L1是入射到点配光形成部41并从配光控制元件4的出射面43出射的光的光束。光束L2是入射到扩散配光形成部42a、42b并从配光控制元件4的出射面43出射的光的光束。
该扩散配光与点配光叠加而被投射到照射面9上。点配光是通过点配光形成部41形成的。扩散配光是通过扩散配光形成部42a、42b形成的。
“叠加”是指重叠。
这样,扩散配光以内含点配光的方式重叠。并且,扩散配光能够使点配光投影到照射面9上的光源1的发光面11的形状(光源像)边界线模糊。前照灯模块100能够在维持点配光的亮度的状态下容易地降低配光不均。
“内含”是指存在于内部。这里,是指点配光位于扩散配光的区域内。
即,点配光位于扩散配光的区域内。因此,在照射面9上的配光图案的内侧形成有高照度区域。扩散配光形成配光图案整体。并且,点配光形成高照度区域。
高照度区域是以发光面11的形状(光源像)为基础形成的。发光面11的形状通常是矩形形状或者圆形形状。因此,以发光面11的形状为基础,容易形成高照度区域。
另外,图1所示的前照灯模块100利用折射面形成配光图案和高照度区域。图2所示的前照灯模块100利用折射面和全反射面形成配光图案和高照度区域。即,前照灯模块100未采用具有镜面的反射器。因此,如后面所述,前照灯模块100容易实现光利用效率的提高或者制造工序的简化。
另外,当在Z-X平面进行观察时,能够将扩散配光形成部42a、42b设为凸面形状。即,扩散配光形成部42a、42b能够在X轴方向具有正光焦度。
<Z-Y平面上的光线的行为>
配光控制元件4在Y轴方向(垂直方向)不具有光焦度。即,配光控制元件4在Y-Z平面进行观察时不具有光焦度。因此,例如如图2的(A)所示,当在Y-Z平面观察入射到配光控制元件4的光时,入射到配光控制元件4的光线和从配光控制元件4出射的光线相对于光轴C的角度不变。
因此,从光源1出射的光被会聚光学元件2会聚在共轭面PC上。
由道路交通法规等规定的配光图案,例如是截止线91的下侧的区域成为最大照度。
共轭面PC和照射面9是共轭的关系。因此,在使照射面9上的截止线91的下侧(-Y轴方向侧)的区域成为最大的照度时,只要使遮光板5的边51的上侧(+Y轴方向侧)的区域的发光强度最高即可。
为了形成这样的配光图案,例如利用遮光板5对被会聚光学元件2会聚在共轭面PC上的光的一部分进行遮光。在共轭面PC上会聚的光的发光强度在光轴C上达到最高。因此,如图2的(A)所示,例如如果在光轴C上进行遮光,则能够使截止线91的下侧(-Y轴方向侧)的区域成为最大的照度。
在图2的(A)中示出了将遮光板5的边51配置在光轴C上的例子。但是,即使在将遮光板5的边51配置在光轴C的附近的情况下,截止线91的下侧(-Y轴方向侧)的区域的照度也并非大幅下降。因此,能够在稍微偏离光轴C的位置配置遮光板5的边51来制作前照灯模块100。
例如,还能够使发光面11的像的-Y轴方向侧的端部与遮光板5的边51一致。在这种情况下,能够将由发光面11的像形成的高发光强度区域全部投影到照射面9上。
在图2的(A)中,将点配光形成部41及扩散配光形成部42a、42b作为柱状透镜进行了说明。但是,能够将点配光形成部41或者扩散配光形成部42a、42b设为在X轴方向和Y轴方向上具有不同的光焦度的透镜面。例如,可以举出环形透镜面。
这样,与调整水平方向的配光的宽度时一样,通过使配光控制元件4的点配光形成部41及扩散配光形成部42a、42b的垂直方向(Y轴方向)的曲率任意变化,能够调整在Y-Z平面上的光束的高度。
<配光图案>
在摩托车用前照灯装置的近光的配光图案中,截止线91呈水平的直线形状。即,截止线91呈在车辆的左右方向(X轴方向)上延伸的直线形状。
并且,关于摩托车用前照灯装置的近光的配光图案,截止线91下侧的区域必须最亮。将该最大照度的区域称作“高照度区域”。即,截止线91的下侧区域是高照度区域。
遮光板5上的共轭面PC和照射面9存在光学共轭的关系。边51在共轭面PC上的光所透过的区域中位于最下端(-Y轴方向侧)。因此,边51对应于照射面9中的截止线91。
共轭面PC上的配光图案被投射透镜8在上下方向及左右方向上反转而被投影到照射面9上。
实施方式1的前照灯模块100通过投射透镜8将共轭面PC上形成的配光图案直接投影到照射面9上。因此,共轭面PC上的配光分布被原样投影到照射面9上。即,共轭面PC上的发光强度分布原样成为照射面9上的照度分布。
因此,为了实现截止线91的下侧区域最亮的配光图案,只要在共轭面PC上成为边51的+Y轴方向侧的区域的发光强度最高的发光强度分布即可。
另外,为了使被投影到照射面9上的配光图案不产生配光不均(照度不均),只要在共轭面PC上形成没有不均的配光分布即可。
图6和图7是利用等高线显示示出实施方式1的前照灯模块100的照射面9上的照度分布的图。
“等高线显示”是指利用等高线图进行显示。“等高线图”是用线连接相同值的点而示出的图。
图6是使用了图2所示的配光控制元件4的情况下的照度分布。即,在遮光板5的位置具有共轭面PC。并且,在共轭面PC上具有会聚位置PH、PW。即,在遮光板5上具有会聚位置PH、PW。
图7是使用了图4所示的配光控制元件4的情况下的照度分布。即,在遮光板5的位置具有共轭面PC。并且,在配光控制元件4和遮光板5之间具有会聚位置PW。并且,在共轭面PC上具有会聚位置PH。即,在遮光板5上具有会聚位置PH。
该照度分布是投影到25m前方(+Z轴方向)的照射面9的照度分布。并且,通过仿真求出该照度分布。
根据图6可知,配光图案的截止线91是清晰的直线。即,在截止线91的下侧,等高线的宽度较窄。而且,关于配光分布,距截止线91较短的距离成为最高照度的区域(高照度区域)93。
在图6中,高照度区域93的中心位于比配光图案的中心靠近+Y轴方向侧。在图6中,高照度区域93收敛于比配光图案的中心靠近+Y轴方向侧的范围内。配光图案的中心是配光图案的宽度方向的中心,且是配光图案的高度方向的中心。
可知配光图案的截止线91的下侧(-Y轴方向侧)的区域92最亮。即,配光图案的截止线91下侧的区域92包含配光图案中的最亮区域93。
并且,配光图案的等高线的间隔从高照度区域93朝向周边连续变窄。即,从高照度区域93一直到配光图案的周边,等高线的间隔没有极端变窄。并且,等高线的间隔没有极端变宽。即,等高线的间隔连续变窄。
即,配光图案的等高线的间隔连续变窄意味着没有产生配光不均。配光图案的等高线的间隔连续变化意味着没有产生配光不均。
另外,关于图7所示的配光图案,截止线91是清晰的直线。即,在截止线91的下侧,等高线的宽度较窄。而且,关于配光分布,距截止线91较短的距离成为最高照度的区域(高照度区域)93。
在图7中,高照度区域93的中心位于比配光图案的中心靠近+Y轴方向侧。在图7中,高照度区域93收敛于比配光图案的中心靠近+Y轴方向侧的范围内。
并且,可知图7所示的配光图案的截止线91的下侧(-Y轴方向侧)的区域92被照明得最亮。即,配光图案的截止线91的下侧的区域92包含配光图案中的最亮区域93。
在图6及图7中,截止线91的下侧区域92位于配光图案的中心和截止线91之间。
并且,配光图案的等高线的间隔从高照度区域93朝向周边连续变窄。即,从高照度区域93一直到配光图案的周边,等高线的间隔没有极端变窄。并且,等高线的间隔没有极端变宽。即,等高线的间隔连续变窄。
即,配光图案的等高线的间隔连续变窄意味着没有产生配光不均。配光图案的等高线的间隔连续变化意味着没有产生配光不均。
这样,通过使点配光形成部41的曲面形状变化,能够容易变更配光分布。特别是能够变更高照度区域的形状及照度。
并且,能够形成不会将光源1的光源像清晰地投影在配光图案中的高照度区域93。即,能够形成不会产生配光不均的高照度区域93。抑制照度不均,形成高照度区域93。
即,前照灯模块100不需要为了在配光图案中设置高照度区域而采用复杂的光学系统的结构。即,前照灯模块100不需要为了抑制高照度区域的照度不均而采用复杂的光学系统的结构。并且,前照灯模块100不需要为了抑制配光图案内的照度不均而采用复杂的光学系统的结构。即,前照灯模块100能够实现小型、结构简易、光利用效率得到提高的前照灯装置。
<比较例>
下面,说明用于验证实施方式1的前照灯模块100的效果的比较例。本比较例从构成要素中去除了实施方式1的前照灯模块100中的配光控制元件4。
图8是示出比较例的前照灯模块101的结构图。
在前照灯模块100中,会聚光学元件2的会聚位置PH、PW与共轭面PC一致。另外,在比较例的前照灯模块101中,会聚光学元件2的会聚位置PH、PW也与共轭面PC一致。
这样,能够在截止线下侧的区域92得到高照度区域93。
图9是利用等高线显示示出比较例的前照灯模块101的照射面9上的照度分布的图。仿真的条件与图6及图7的情况相同。
在图9中,将光源1的光源像投影为长方形。即,光源1的光源像的边界被清晰地投影。
另外,配光图案的等高线的间隔从高照度区域93朝向周边不连续地变化。即,从高照度区域93一直到配光图案的周边,在一部分的区域中,等高线的间隔极端变窄。并且,在一部分的区域中,等高线的间隔极端变宽。
即,在图9中产生配光不均。配光不均产生在高照度区域93的周边区域中。配光图案的等高线的间隔不连续地变化意味着产生了配光不均。
这是因为由于入射到会聚光学元件2的入射面211并从出射面232出射的光,光源1的发光面11被成像于共轭面PC上。因此,光源1的发光面11的边界被直接投影到照射面9上。光源1的发光面11在成像于共轭面PC上时受到像差等的影响。并且,发光面11的边界成为配光不均而表现出来。
图2所示的前照灯模块100在共轭面PC上形成三个像。另一方面,图8所示的前照灯模块101在共轭面PC上形成一个像。在这一点上,比较例的前照灯模块101与前照灯模块101不同。
这样,在比较例中通过使会聚光学元件2的会聚位置PH与共轭面PC一致,能够形成高照度区域。但是,在比较例中产生配光不均,有可能使驾驶员形成错误的距离感。
另一方面,实施方式1的前照灯模块100通过配置配光控制元件4,能够在维持高照度区域的状态下有效地降低配光不均。
这是因为在点配光形成部41形成于共轭面PC上的像上叠加了从扩散配光形成部42出射的扩散光。即,因为在点配光形成部41形成于共轭面PC上的像上叠加了扩散配光形成部42形成于共轭面PC上的像。
本发明的实施方式1的前照灯模块100以摩托车用前照灯装置的近光为例进行了说明。但是,本发明不限于此。例如,前照灯模块100还可以应用于三轮机动车用前照灯装置的近光或四轮机动车用前照灯装置的近光。
图10是示出遮光板5的边51的形状的一例的示意图。边51的形状例如可以是图10所示的具有台阶的形状。即,图10所示的边51的形状呈弯折线形状。
从后方(-Z轴方向)观察,左侧(-X轴方向侧)的边51a位于比右侧(+X轴方向侧)的边51b高的位置(+Y轴方向)。
共轭面PC和照射面9存在光学共轭的关系。因此,共轭面PC上的配光图案的形状被投射透镜8在上下方向和左右方向上反转而投影到照射面9上。配光图案形成于边51的+Y轴方向侧。
即,在照射面9上,车辆的行进方向的左侧的截止线91较高,右侧的截止线91较低。
由此,为了进行行人的识别和标识的识别,能够容易地形成抬高步道侧(左侧)的照射的“抬高线”。另外,对车辆在道路的左侧行驶的情况进行说明。因此,在车辆在道路的右侧行驶的情况下,抬高线的左右方向颠倒。即,成为抬高右侧的照射的抬高线。
并且,在车辆中,有时排列多个前照灯模块,合并各模块的配光图案来形成配光图案。即,有时排列多个前照灯模块,合并各模块的配光图案来形成一个配光图案。这种情况下,也能够容易地应用实施方式1的前照灯模块100。
前照灯模块100通过调整配光控制元件4的点配光形成部41或者扩散配光形成部42的曲面形状,能够使配光图案的宽度或者高度变化。而且,还能够使配光分布变化。
另外,在实施方式1中,示出了点配光形成部41形成于一个区域、扩散配光形成部42形成于两个区域的例子。但是,扩散配光形成部42不限于此,也可以形成于多个区域中。另外,期望点配光形成部41形成于透过光轴C的区域中。
另外,点配光形成部41的水平方向(X轴方向)不一定需要具有正光焦度。例如,虽然点配光形成部41的水平方向(X轴方向)具有负光焦度,但只要与会聚光学元件2的光焦度相加能成为正光焦度,就能够得到相同的效果。
在变形例2中,示出了通过将点配光形成部311或者扩散配光形成部312设为环形透镜面而省略了会聚光学元件2的例子。
另外,点配光形成部41形成位于配光图案的中心部分的高照度区域。因此,期望点配光形成部41比扩散配光形成部42在水平方向(X轴方向)上具有更大的光焦度。即,期望设定成,使点配光形成部41的水平方向(X轴方向)的光焦度大于扩散配光形成部42的水平方向(X轴方向)的光焦度。
通过光轴C的光线对高照度区域进行照明,这对于配光控制元件4而言,负荷较少且最具效率。通常,高照度区域位于配光图案中心。因此,期望点配光形成部41配置在光轴C上。并且,期望点配光形成部41比扩散配光形成部42在水平方向(X轴方向)上具有更大的光焦度。
即,点配光形成部41比扩散配光形成部42在水平方向上具有更大的光焦度。并且,点配光形成部41使光会聚而形成高照度区域。扩散配光形成部42配置在偏离光轴C的位置。即,光轴C不在扩散配光形成部42上通过。因此,期望扩散配光形成部42具有比点配光形成部41弱的正光焦度或者负光焦度,比点配光形成部更使光扩散。
即,例如在点配光形成部41和扩散配光形成部42在水平方向(X轴方向)是凸面的情况下,点配光形成部41的水平方向(X轴方向)的曲率半径小于扩散配光形成部42的水平方向(X轴方向)的曲率半径。
另一方面,在点配光形成部41和扩散配光形成部42在水平方向(X轴方向)是凹面的情况下,点配光形成部41的水平方向(X轴方向)的曲率半径大于扩散配光形成部42的水平方向(X轴方向)的曲率半径。
即,在水平方向(X轴方向)上,扩散配光形成部42的光焦度小于点配光形成部41的光焦度。
凸面成为正光焦度,凹面成为负光焦度。因此,在点配光形成部41为凸面、扩散配光形成部42为凹面的情况下,点配光形成部41成为正光焦度,扩散配光形成部42成为负光焦度。因此,扩散配光形成部42的光焦度小于点配光形成部41的光焦度。
另外,前照灯模块100通过调整会聚光学元件2与配光控制元件4之间的光学意义上的位置关系,能够使配光图案的宽度及高度变化。并且,还能够使配光分布变化。
另外,前照灯模块100能够利用遮光板5的边51的形状规定截止线91的形状。即,能够通过遮光板5的形状形成配光图案。
因此,在多个前照灯模块之间,不需要特别地变更会聚光学元件2的形状等。即,能够将会聚光学元件2设为通用部件。因此,能够削减部件的种类,改善组装性,能够降低制造成本。
并且,前照灯模块100的整体能够发挥这种任意调整配光图案的宽度和高度的功能以及任意调整配光分布的功能即可。前照灯模块100的光学部件具有会聚光学元件2、配光控制元件4和遮光板5。即,能够将这些功能分散给构成前照灯模块100的会聚光学元件2或配光控制元件4中的任意光学面和遮光板5。
<变形例1>
另外,将点配光形成部41和扩散配光形成部42作为被分区化的不连续的面进行了说明。但是,点配光形成部41和扩散配光形成部42能够设为连续的面。并且,点配光形成部41和扩散配光形成部42能够设为平滑地相连的连续面。
图18的(A)及图18的(B)是示出实施方式1的变形例1的前照灯模块102的结构的结构图。另外,图19是变形例1的配光控制元件40的立体图。
例如,在图19中,点配光形成部41是用双点划线围起的区域。另外,扩散配光形成部42是用虚线围起的区域。
根据图19可知,点配光形成部41和扩散配光形成部42的边界以平滑的曲面相连接。配光控制元件40的入射面整体以连续面形成。即,在点配光形成部41和扩散配光形成部42的边界处没有台阶。并且,点配光形成部41和扩散配光形成部42的边界例如不弯折成V字那样。“V字样弯折”是指诸如在两个面之间形成有棱线的弯折。“棱线”是指两个面相交的部分的线段。即,在两个面之间形成了夹角。
图20示出了入射到配光控制元件4的光线的一例。图20是从+Y轴方向观察的图。
根据图20可知,在点配光形成部41和扩散配光形成部42被分区化的情况下,存在入射到点配光形成部41和扩散配光形成部42的边界的台阶44的光线。在图20中,例如光线R入射到台阶44。
光线R没有入射到点配光形成部41或者扩散配光形成部42。因此,光线R不会到达所设计的位置。例如,光线R不会到达共轭面PC上的所设计的位置。即,光线R未被配光控制元件4控制。因此,光线R的配光图案的质量下降。并且,在光线R未到达共轭面PC上的有效范围的情况下,光线R不被用于配光图案中。
这样入射到台阶44的光线R不能有效利用。因此,台阶44导致光利用效率的下降。并且,光线R作为不必要的光而成为眩光等的原因。眩光是炫目的光。在前照灯装置中,眩光是使视场不舒适而看不清楚前方的光。
另外,在边界如V字那样弯折的情况下,也产生与台阶44相同的现象。
但是,配光控制元件40在点配光形成部41和扩散配光形成部42的边界处没有台阶。因此,入射到点配光形成部41和扩散配光形成部42的光被用于配光图案的设计中。即,入射到配光控制元件40的光线被配光控制元件40控制。并且,在配光控制元件40中,不会产生在配光图案中不被使用的光或者使配光图案的质量下降的光。配光控制元件40有助于光利用效率的提高和眩光的降低。
上述的变形例1也能够应用于其它的实施方式。
实施方式2
图11的(A)及图11的(B)是示出实施方式2的前照灯模块110的结构的结构图。图11的(A)是相对于车辆前方从右侧(-X轴方向)观察的图。图11的(B)是从上侧(+Y轴方向)观察的图。
如图11的(A)及图11的(B)所示,实施方式2的前照灯模块110具有光源1、会聚光学元件2和导光投射光学元件3。另外,在导光投射光学元件3的配光控制面31具有会聚功能的情况下,能够省略会聚光学元件2。另外,前照灯模块110包含将会聚光学元件2安装在光源1上而成为一体的情况。
实施方式2具有将实施方式1的配光控制元件4的功能、遮光板5的功能以及投射透镜8的功能形成为一体的导光投射光学元件3,这一点与实施方式1不同。即,导光投射光学元件3采用包含配光控制元件4和投射透镜8的结构。并且,遮光板5的功能通过反射面32来实现。
对与在实施方式1中说明的前照灯模块100的构成要素相同的构成要素,标注相同的标号并省略其说明。
与实施方式1相同的构成要素是光源1及会聚光学元件2。但是,在实施方式2中,光源1及会聚光学元件2的配置与实施方式1不同。
另外,关于与实施方式1相同的构成要素的结构、功能或者动作等,当在实施方式2中省略了说明的情况下,代用实施方式1的记载。并且,在实施方式2中进行说明的有关实施方式1的记载,作为实施方式1的说明来使用。其中,“动作”包括光的行为。
光源1和会聚光学元件2配置成使光轴Cs、C向-Y轴方向倾斜角度a。“使光轴向-Y轴方向倾斜”是指,从-X轴方向侧观察,以X轴为旋转轴,使与Z轴平行的光轴顺时针旋转。
为了易于说明光源1和会聚光学元件2,使用X1Y1Z1作为新的坐标系。X1Y1Z1坐标是如下的坐标:从-X轴方向侧观察,将XYZ坐标以X轴为旋转轴顺时针旋转角度a。
在实施方式2中,X轴与反射面32平行,与光轴C1垂直。Y轴与Z-X平面垂直。Z轴与光轴C1平行。X1轴与反射面32平行,与光轴C1垂直。即,X1轴与X轴相同。Y1轴与Z1-X1平面垂直。Z1轴与光轴C2平行。或者,Z1轴与光轴Cs平行。
另外,在实施方式1中,会聚光学元件2的光轴C2与Z1轴平行。并且,会聚光学元件2的光轴C2与光源1的光轴Cs一致。
在实施方式2中,光轴C1是导光投射光学元件3的光轴。光轴C2是会聚光学元件2的光轴。光轴Cs是光源1的光轴。
<光源1>
光源1具有发光面11。光源1从发光面11出射用于对车辆的前方(+Z轴方向)进行照明的光。
光源1位于会聚光学元件2的-Z1轴方向侧。光源1位于导光投射光学元件3的-Z轴方向侧(后方)。并且,光源1位于导光投射光学元件3的+Y轴方向侧(上侧)。
在图11中,光源1向+Z1轴方向出射光。光源1的种类没有特别限定,但是,如上述说明的那样,在以下的说明中,设光源1为LED来进行说明。
<会聚光学元件2>
会聚光学元件2自身与实施方式1相同。关于会聚光学元件2自身,代用实施方式1中的说明,省略在实施方式2中的说明。
另外,在实施方式1中说明的会聚光学元件2的光轴C在实施方式2中成为光轴C2。即,将实施方式1的说明中的光轴C替换为光轴C2
并且,在实施方式1中说明的会聚光学元件2的XYZ坐标在实施方式2中成为X1Y1Z1坐标。即,将实施方式1的说明中的XYZ坐标替换为X1Y1Z1坐标。
会聚光学元件2位于光源1的+Z1轴方向侧。并且,会聚光学元件2位于导光投射光学元件3的-Z1轴方向侧。会聚光学元件2位于导光投射光学元件3的-Z轴方向侧(后方)。而且,会聚光学元件2位于导光投射光学元件3的+Y轴方向侧(上侧)。
会聚光学元件2入射从光源1发出的光。会聚光学元件2使光会聚在前方(+Z1轴方向)的任意位置。会聚光学元件2是具有会聚功能的光学元件。使用图13和图14对会聚光学元件2的会聚位置进行说明。
光源1和会聚光学元件2配置在导光投射光学元件3的上侧(+Y轴方向侧)。并且,光源1和会聚光学元件2配置在导光投射光学元件3的后方(-Z轴方向侧)。
光源1和会聚光学元件2相对于反射面32位于反射面32的对光进行反射的一侧。即,光源1和会聚光学元件2相对于反射面32位于反射面32的正面侧。光源1和会聚透镜2在反射面32的法线方向上,相对于反射面32位于反射面32的正面侧。会聚光学元件2配置在与反射面32相对的一侧。
在图11中,光源1的光轴Cs与会聚光学元件2的光轴C2一致。
而且,光源1和会聚光学元件2的光轴Cs、C2例如在反射面32上具有交点。
并且,例如当光被入射面31折射的情况下,从会聚光学元件2出射的中心光线到达反射面32上。即,会聚光学元件2的光轴C2或中心光线在反射面32上具有交点。另外,中心光线在从光源1放射直到从会聚光学元件2出射都与光轴C2一致。
中心光线是指从光源的发光面的中心发出的光中、位于光束中心的光线。在各实施方式中,以中心光线与光源的光轴一致为例进行说明。另外,在各实施方式中,以光源的光轴与会聚光学元件的光轴一致为例进行说明。
会聚光学元件2紧邻光源1之后配置。与上述的“后方”不同,这里,“后”是指从光源1出射的光的行进方向侧。这里,由于是“紧邻……之后”,因此,从发光面11出射的光立即入射到会聚光学元件2。
<导光投射光学元件3>
导光投射光学元件3位于会聚光学元件2的+Z1轴方向侧。导光投射光学元件3位于会聚光学元件2的+Z轴方向侧。而且,导光投射光学元件3位于会聚光学元件2的-Y轴方向侧。
导光投射光学元件3入射从会聚光学元件2出射的光。导光投射光学元件3向前方(+Z轴方向)出射光。
导光投射光学元件3具有通过反射面32引导光的功能。并且,导光投射光学元件3具有通过出射面33投射光的功能。因此,在说明光学元件3时,为了容易理解,作为导光投射光学元件3来进行说明。导光投射光学元件3是引导光而进行投射的光学元件。
“引导”是指利用内部反射,将从一方(入射面)入射的光向另一方(出射面)引导。
图12是导光投射光学元件3的立体图。导光投射光学元件3具有配光控制面31、反射面32和出射面33。导光投射光学元件3能够具有入射面34。
导光投射光学元件3能够使出射面33不具有投射功能。在这种情况下,如实施方式1所示,前照灯模块110能够具有投射透镜8。
导光投射光学元件3例如是由透明树脂、玻璃或硅酮材料制作的。
并且,实施方式2所示的导光投射光学元件3例如内部充满折射材料。
配光控制面31设置在导光投射光学元件3的-Z轴方向侧的端部。配光控制面31设置在导光投射光学元件3的+Y轴方向侧的部分。
配光控制面31具有与实施方式1的配光控制元件4同等的功能。即,配光控制面31具有点配光形成部311和扩散配光形成部312。即,配光控制面31采用包含配光控制元件4的结构。点配光形成部311相当于配光控制元件4的点配光形成部41。扩散配光形成部312当于配光控制元件4的扩散配光形成部42。
在图11的(A)、图11的(B)和图12中,例如,导光投射光学元件3的配光控制面31具有两个扩散配光形成部312a、312b。扩散配光形成部312a位于配光控制面31的+X1轴方向侧(+X轴方向侧)。扩散配光形成部312b位于配光控制面31的-X1轴方向侧(-X轴方向侧)。
并且,点配光形成部311配置在两个扩散配光形成部312a、312b之间。
在实施方式1中,配光控制元件4相对于光轴C垂直配置。但是,在实施方式2中,配光控制面31相对于光轴C2倾斜。在图11中,光轴C2相对于配光控制面31的法线向-Y1轴方向倾斜。
即,相对于配光控制面31的法线,从-X轴方向观察,光轴C2逆时针旋转。从会聚光学元件2出射的中心光线相对于配光控制面31的法线,从-Y1轴方向到达配光控制面31。从会聚光学元件2出射的中心光线相对于配光控制面31,从配置有反射面32的方向到达配光控制面31。在实施方式2中,中心光线作为光轴C2上的光线示出。
这是为了使从配光控制面31入射的光折射而到达反射面32。
在图11的(A)、图11的(B)和图12中,点配光形成部311是在X1轴方向(X轴方向)具有曲率、在Y1轴方向(或者Y轴方向)不具有曲率的凸形状的柱状透镜。
即,点配光形成部311与配光控制面31平行,在与X轴垂直的方向上不具有曲率。这里,将配光控制面31作为设有点配光形成部311及扩散配光形成部312的平面进行说明。即,假设点配光形成部311及扩散配光形成部312形成于该假想的平面上。例如,在配光控制面31是曲面的情况下,该平面也可以是近似的平面。这对于以下的点配光形成部311及扩散配光形成部312的形状的说明也一样。
在图11中,点配光形成部311是在X1轴方向(X轴方向)具有正光焦度的凸面形状。即,在利用与Z1-X1平面(或者Z-X平面)平行的面将点配光形成部311截断时,呈凸透镜的形状。
即,在利用与X轴平行且与配光控制面31垂直的面将点配光形成部311截断时,呈凸透镜的形状。
光轴C2通过点配光形成部311的透镜面。在图11中,例如光轴C2与利用与Z1-X1平面平行的面将点配光形成部311截断时的凸透镜的光轴一致。
即,在图11中,例如光轴C2和利用与X轴平行且与配光控制面31垂直的面将点配光形成部311截断时的凸透镜的光轴一致。
扩散配光形成部312例如是在X1轴方向具有曲率、在Y1轴方向不具有曲率的凹形状的柱状透镜。
即,扩散配光形成部312与配光控制面31平行,在与X轴垂直的方向上不具有曲率。并且,扩散配光形成部312在Y-Z平面上不具有曲率。
在图11中,扩散配光形成部312a、312b都是在X1轴方向(X轴方向)具有负光焦度的凹面形状。即,在利用与Z1-X1平面(或者Z-X平面)平行的面将扩散配光形成部312截断时,呈凹透镜的形状。
即,在利用与X轴平行且与配光控制面31垂直的面将扩散配光形成部312截断时,呈凹透镜的形状。
配光控制面31可认为是配光图案形状形成部的一例。并且,配光控制面31可认为是会聚部的一例。
“配光图案形状形成部”是形成配光图案的形状的部分。
反射面32设于配光控制面31的-Y轴方向侧的端部。即,反射面32配置在配光控制面31的-Y轴方向侧。并且,反射面32配置在配光控制面31的+Z轴方向侧。在实施方式2中,反射面32的-Z轴方向侧的端部与配光控制面31的-Y轴方向侧的端部连接。
反射面32对到达反射面32的光进行反射。即,反射面32具有反射光的功能。即,反射面32作为光反射部发挥作用。反射面32可认为是光反射部的一例。
反射面32面对+Y轴方向。即,反射面32的正面与+Y轴方向面对。“面对”是“面向”的意思。反射面32的正面是反射光的面。反射面32的正面面向+Y轴方向。反射面32的背面面向-Y轴方向。
反射面32是相对于Z-X平面,以与X轴平行的轴为中心,从-X轴方向观察顺时针旋转而形成的面。在图11中,反射面32成为相对于Z-X平面旋转了角度b的面。
即,反射面32以使反射面面向导光投射光学元件3出射光的方向(+Z轴方向)的方式倾斜。
在图11中,反射面32用平面表示。但是,反射面32不需要是平面。反射面32也可以是曲面形状。
反射面32也可以通过进行镜蒸镀而成为镜面。但是,期望反射面32不进行镜蒸镀而作为全反射面发挥作用。
这是因为,与镜面相比,全反射面的反射率较高,有助于光利用效率的提高。并且,通过不进行镜蒸镀的工序,能够简化导光投射光学元件3的制造工序。而且,有助于导光投射光学元件3的制造成本的降低。
特别是在实施方式1所示的结构中,其特征在于,由于光线入射到反射面32的入射角较浅,因此,即使不进行镜蒸镀,也能够使反射面32成为全反射面。“入射角较浅”是指入射角较大。入射角是指在光线入射时由入射方向和边界面的法线形成的夹角。这里,边界面是指反射面32。
入射面34例如在光入射并从出射面33出射与远光相当的光时使用。远光用光源在图11中未示出,但例如配置在与入射面34相面对的位置处。关于远光用光源(光源6)在图21中示出,在变形例2中使用图21进行说明。
入射面34例如呈与X-Y平面平行的面。但是,入射面34能够呈曲面形状。通过使入射面34成为曲面形状,能够对入射光的配光进行变更。
入射面34配置在反射面32的-Y轴方向侧。即,入射面34配置在反射面32的背面侧。在图11中,入射面34的+Y轴方向侧的端部与反射面32的+Z轴方向侧的端部连接。在图11中,入射面34的+Y轴方向侧的端部配置在反射面32的+Z轴方向侧的端部。
在图11中,入射面34位于与照射面9光学共轭的位置处。因此,入射面34上以及位于其延长线上的共轭面PC上的光的形状被投影到照射面9上。即,出射面33将入射面34上以及位于其延长线上的共轭面PC上的光的形状投影到照射面9上。这里,光的形状是指配光图案。
在图11中,光线未从入射面34入射。即,不存在从入射面34入射的光线。因此,在图11中,从配光控制面31入射的光的共轭面PC上的形状被投影到照射面9上。
另外,共轭面PC上的光的像(配光图案)形成在导光投射光学元件3内的共轭面PC上的一部分上。即,在导光投射光学元件3内的共轭面PC上的范围内,能够将配光图案塑形成适合于前照灯模块110的形状。例如,在使用多个前照灯模块在照射面9上塑形成一个配光图案的情况下,能够在共轭面PC上塑形成与各前照灯模块的作用对应的配光图案。
棱线部321是反射面32的-Y轴方向侧的边。棱线部321是反射面32的+Z轴方向侧的边。而且,棱线部321位于与照射面9光学共轭的位置。棱线部321相当于实施方式1的遮光板5的边51。
“棱线”一般是指面与面之间的边界线。但是,这里,“棱线”包含面的端部。在实施方式1中,例如棱线部321是连接反射面32和入射面34的部分。即,反射面32和入射面34的连接部分是棱线部321。
但是,例如,在导光投射光学元件3的内部成为空洞、入射面34成为开口部的情况下,棱线部321成为反射面32的端部。即,棱线部321包含面与面之间的边界线。并且,棱线部321包含面的端部。另外,如上所述,在实施方式2中,导光投射光学元件3内部充满折射材料。
并且,“棱线”不限于直线,还包含曲线等。例如,棱线可以成为上述的“抬高线”的形状。能够成为与在实施方式1中说明的遮光板5的边51a、51b相同的形状。在实施方式2中,棱线部321为直线形状。在实施方式2中,棱线部321呈与X轴平行的直线形。
即,棱线部321的形状等与实施方式1的边51的形状等相同。因此,关于棱线部321的形状等的说明代用实施方式1的边51的形状等的说明。
并且,在实施方式2中,棱线部321是入射面34的+Y轴方向侧的边。棱线部321也位于入射面34上。因此,棱线部321位于与照射面9光学共轭的位置处。
并且,在实施方式2中,棱线部321与出射面33的光轴C1相交。棱线部321与出射面33投射透镜的光轴C1垂直相交。光轴C1相当于实施方式1的光轴Cp。
光轴C1是经过出射面33的面顶点的法线。在图11的情况下,光轴C1成为与经过出射面33的面顶点的Z轴平行的轴。
即,在出射面33的面顶点在X-Y平面上沿X轴方向或Y轴方向平行移动的情况下,出射面33的面顶点的法线也同样在X-Y平面上沿X轴方向或Y轴方向平行移动。因此,同样,光轴C1也在X-Y平面上沿X轴方向或Y轴方向平行移动。并且,在出射面33相对于X-Y平面倾斜的情况下,出射面33的面顶点的法线也相对于X-Y平面倾斜,因此,同样,光轴C1也相对于X-Y平面倾斜。
棱线部321成为配光图案的截止线91的形状。这是因为,棱线部321位于与照射面9光学共轭的位置处。因此,照射面9上的配光图案成为与包含棱线部321的共轭面PC上的配光图案相似的形状。因此,优选棱线部321成为截止线91的形状。
另外,例如在出射面33是环形透镜面的情况下,在照射面9上的配光图案的纵向与横向的比率,与共轭面PC的位置处的配光图案不同。即,在照射面9上的配光图案是以共轭面PC的位置处的配光图案为基础形成的。
出射面33设于导光投射光学元件3的+Z轴方向侧的端部。出射面33呈具有正光焦度的曲面形状。出射面33呈向+Z轴方向突出的凸面形状。
光轴C1是出射面33的光轴。并且,如上所述,在出射面33为平面并采用投射透镜8的情况下,能够将光轴C1作为投射透镜8的光轴。关于采用了投射透镜8的例子在图21中进行了图示,在变形例2中使用图21进行说明。
<光线的行为>
如图11所示,由会聚光学元件2会聚后的光从点配光形成部311、扩散配光形成部312a或扩散配光形成部312b中的任意一方入射到导光投射光学元件3。
在图11的(B)及图12中,扩散配光形成部312a、312b的外侧成为平面形状。但是,由会聚光学元件2会聚后的光不从该平面部分入射到导光投射光学元件3。即,入射到导光投射光学元件3时的光束位于光从点配光形成部311及扩散配光形成部312a、312b的区域内。
配光控制面31具有与实施方式1的配光控制元件4同等的功能。即,点配光形成部311具有与实施方式1的点配光形成部41同等的功能。并且,扩散配光形成部312a、312b具有与实施方式1的扩散配光形成部42a、42b同等的功能。
点配光形成部311例如是仅在X轴方向具有曲率的凸面形状的折射面。扩散配光形成部312a、312b例如是仅在X轴方向具有曲率的凹面形状的折射面。
如在实施方式1中说明的那样,例如,能够将扩散配光形成部312a、312b设为例如仅在X轴方向具有曲率的凸面形状的折射面。
这里,点配光形成部311、扩散配光形成部312a及扩散配光形成部312b的X轴方向的曲率对相对于路面的水平方向的“配光的宽度”作出贡献。即,点配光形成部311、扩散配光形成部312a及扩散配光形成部312b的Z-X平面上的曲率对相对于路面的水平方向的“配光的宽度”作出贡献。
即,在利用与X轴平行且与配光控制面31垂直的面将点配光形成部311、扩散配光形成部312a及扩散配光形成部312b截断时的截断面的曲率,对相对于路面的水平方向的“配光的宽度”作出贡献。
并且,点配光形成部311、扩散配光形成部312a及扩散配光形成部312b的Y轴方向的曲率对相对于路面的垂直方向的“配光的高度”作出贡献。即,点配光形成部311、扩散配光形成部312a及扩散配光形成部312b的Y-Z平面上的曲率对相对于路面的垂直方向的“配光的高度”作出贡献。
即,点配光形成部311、扩散配光形成部312a及扩散配光形成部312b的与配光控制面31平行且与X轴垂直的方向的曲率,对相对于路面的垂直方向的“配光的高度”作出贡献。另外,在实施方式2中,Z-X平面是与配光控制面31和反射面32垂直的面。
另外,以上将点配光形成部311及扩散配光形成部312a、312b设为柱状透镜进行了说明。但是,在调整“配光的高度”的情况下,能够将点配光形成部311及扩散配光形成部312a、312b设为在X轴方向和Y轴方向具有不同的光焦度的透镜面。这里的“Y轴方向”如上所述是与配光控制面31平行且与X轴垂直的方向。
关于在X轴方向和Y轴方向具有不同曲率的透镜面,例如可以举出环形透镜面。“环形透镜面”是指如桶的表面或者面包圈的表面那样垂直的两个轴向的曲率不同的面。
图21示出了扩散配光形成部312a、312b为环形透镜面的例子,在变形例2中使用图21进行说明。
<Z-X平面上的光线的行为>
首先,对经过点配光形成部311的光进行说明。
如图11的(B)所示,当在Z-X平面进行观察时,点配光形成部311为凸面形状。即,点配光形成部311在水平方向(X轴方向)具有正光焦度。
这里,“在Z-X平面进行观察”意味着从Y轴方向进行观察。即,是指投影到Z-X平面进行观察。因此,入射到点配光形成部311的光被点配光形成部311进一步会聚而传播。这里,“传播”意味着光在导光投射光学元件3中行进。
因此,入射到点配光形成部311并从导光投射光学元件3的出射面33出射的光在共轭面PC上的X轴方向的光束宽度,根据点配光形成部311的曲率而变化。
如图11的(B)所示,光束L1入射到点配光形成部311,并从导光投射光学元件3的出射面33出射。光束L2入射到扩散配光形成部312,并从导光投射光学元件3的出射面33出射。
在共轭面PC上的光束L1的X轴方向的宽度根据点配光形成部311的曲率而变化。
当在Z-X平面进行观察时,为了通过点配光形成部311形成最亮的点配光(高照度区域),如图11的(B)所示,使从点配光形成部311出射的光的会聚位置PW与共轭面PC一致即可。但是,由点配光形成部311照明的X轴方向上的区域最小。
即,只要会聚位置PW与共轭面PC一致,即可形成最亮的点配光。会聚位置PW是从点配光形成部311出射的光在X轴方向上的会聚位置。
在图11的(B)中,X轴方向上的会聚位置PW用单点划线示出。并且,会聚位置PW位于棱线部321上。并且,在图11的(B)中,棱线部321的位置是共轭面PC的位置。在图11的(A)中,共轭面PC用虚线示出。并且,Y轴方向上的会聚位置PH用单点划线示出。
另外,关于透过会聚光学元件2的入射面211和出射面231的光,其会聚位置PH、PW位于共轭面PC上,这是指将LED的发光面11成像于共轭面PC上。即,关于透过会聚光学元件2的入射面211和出射面231的光,其会聚位置PH、PW与共轭面PC的位置一致。并且,光源1的发光面11成像于共轭面PC上。
另外,在图11的(A)及图11的(B)中,关于透过会聚光学元件2的入射面211和出射面231的光,会聚位置PW及会聚位置PH各自与共轭面PC的位置一致。这是指关于X轴方向及Y轴方向的各个方向,会聚光学元件2和配光控制面31使光源1的发光面11成像于共轭面PC上。即,会聚光学元件2和配光控制面31使在共轭面PC上形成发光面11的像。
会聚位置PW是X轴方向上的会聚位置。即,会聚位置PW是Z-X平面上的会聚位置。会聚位置PH是Y轴方向上的会聚位置。即,会聚位置PH是Y-Z平面上的会聚位置。
即,在图11中,会聚光学元件2在X1轴方向和Y1轴方向具有不同的光焦度。例如,会聚光学元件2的入射面211和出射面231是环形透镜。
例如,如图11的(A)所示,当在Y-Z平面进行观察时,会聚光学元件2的光焦度和点配光形成部311的光焦度合成而得的会聚位置PH在共轭面PC上。但是,在图11的(A)中,点配光形成部311不具有光焦度,因而会聚位置PH成为会聚光学元件2的Y轴方向的会聚位置。
另一方面,如图11的(B)所示,当在Z-X平面进行观察时,会聚光学元件2的光焦度和点配光形成部311的光焦度合成而得的会聚位置PW在共轭面PC上。在图11的(B)中,点配光形成部311具有光焦度。
会聚位置PH、PW是基于会聚光学元件2和配光控制元件4的合成光焦度的会聚位置。在图11的(A)中,会聚位置PH是基于会聚光学元件2的光焦度的Y轴方向上的会聚位置。在图11的(B)中,会聚位置PW是基于会聚光学元件2和点配光形成部311的合成光焦度的X轴方向上的会聚位置。
因此,会聚光学元件2的X轴方向的焦点的焦距比会聚光学元件2的Y轴方向的焦点的焦距短。即,会聚光学元件2在Z-X平面上的焦距比会聚光学元件2在Y-Z平面上的焦距短。X轴方向的焦点的位置是焦点位置PH。Y轴方向的焦点的位置是焦点位置PW。
共轭面PC位于与照射面9共轭的位置处。
因此,在共轭面PC上的水平方向的光的扩展相当于照射面9的“配光的宽度”。即,通过使入射面31的点配光形成部311在X轴方向上的曲率变化,能够控制共轭面PC上的X轴方向上的光束宽度。
由此,能够使前照灯模块110的点配光(高照度区域)的亮度变化。即,在点配光的宽度较窄时,点配光的亮度比点配光的宽度较宽时亮。宽度较窄的点配光的亮度比宽度较宽的点配光的亮度亮。
另外,通过点配光形成部311形成的会聚位置PW不一定需要与共轭面PC一致。
图13及图14是说明实施方式2的前照灯模块110的会聚位置PW的图。
在图13中,从点配光形成部311出射的光的会聚位置PW位于比共轭面PC靠近前侧(-Z轴方向侧)的位置处。即,会聚位置PW位于会聚光学元件2和导光投射光学元件3的共轭面PC之间。会聚位置PW位于会聚光学元件2和共轭面PC之间。另外,在图13中,会聚位置PW由会聚光学元件2和点配光形成部311决定。
在图13的结构中,通过会聚位置PW后的光发散。因此,共轭面PC上的X轴方向上的光束宽度比会聚位置PW的X轴方向上的光束宽度宽。因此,从共轭面PC出射在水平方向(X轴方向)上具有扩展的光。
在图14中,从点配光形成部311出射的光的会聚位置PW位于棱线部321(共轭面PC)的后级侧(+Z轴方向侧)。在图14中,会聚位置PW位于比共轭面PC靠+Z轴方向侧的位置。在图14中,共轭面PC位于比会聚位置PW靠-Z轴方向侧的位置。即,会聚位置PW位于棱线部321(共轭面PC)和出射面33之间。
在图14的结构中,透过了共轭面PC的光在会聚位置PW会聚。因此,共轭面PC上的X轴方向上的光束宽度比会聚位置PW的X轴方向上的光束宽度宽。因此,从共轭面PC出射在水平方向(X轴方向)上具有扩展的光。
通过控制从共轭面PC到会聚位置PW的距离,能够控制共轭面PC上的X轴方向上的光束宽度。因此,从共轭面PC出射在水平方向(X轴方向)具有扩展的光。
另外,会聚位置PH、PW是通过使光束直径在X-Y平面上为最小而使每单位面积的光的密度为最高的位置。
因此,在会聚位置PW和共轭面PC的位置(棱线部321的Z轴方向上的位置)一致的情况下,照射面9上的点配光的宽度最窄。并且,照射面9上的点配光的照度最高。另外,这里对Z轴方向上的位置进行说明。
即,在想要形成最亮的点配光的情况下,使透过了点配光形成部311的光的会聚位置PW与共轭面PC的位置一致即可。并且,使透过了点配光形成部311的光的会聚位置PH与共轭面PC的位置一致即可。
这里,会聚位置PH、PW及共轭面PC的位置是Z轴方向上的位置。
下面,对经过扩散配光形成部312a、312b的光进行说明。
如图11的(B)所示,当在Z-X平面进行观察时,扩散配光形成部312a、312b呈凹面形状。即,扩散配光形成部312a、312b在水平方向(X轴方向)具有负光焦度。在图11的(B)中,扩散配光形成部312a、312b具有向-Y轴方向凹陷的凹面形状。
因此,入射到扩散配光形成部312a、312b的光扩散并入射到导光投射光学元件3而到达共轭面PC。即,入射到扩散配光形成部312a、312b的光的发散角增大,并入射到导光投射光学元件3。并且,发散角增大的光到达共轭面PC。
因此,入射到扩散配光形成部312a、312b并从导光投射光学元件3的出射面33出射的光在共轭面PC上的X轴方向的光束宽度变宽。通过扩散配光形成部312a、312b,在共轭面PC上的X轴方向的光束宽度变宽。
例如,如图11的(B)所示,入射到扩散配光形成部312a、312b并从导光投射光学元件3的出射面33出射的光在共轭面PC上的光束L2的宽度,比入射到点配光形成部311并从导光投射光学元件3的出射面33出射的光在共轭面PC上的光束L1的宽度宽。其中,宽度是指X轴方向上的光束的尺寸。
这样,扩散配光形成部312a、312b通过在X轴方向具有负光焦度,而能够形成宽度较宽的配光图案。扩散配光形成部312a、312b形成比透过点配光形成部311而生成的点配光宽度宽的扩散配光。
扩散配光形成部312a、312b形成比点配光宽度宽的扩散配光。点配光是透过点配光形成部311而形成的。扩散配光是透过扩散配光形成部312a、312b而形成的。
另外,当在Z-X平面进行观察时,能够将扩散配光形成部312a、312b设为凸面形状。即,扩散配光形成部312a、312b能够在X轴方向具有正光焦度。在这种情况下,扩散配光形成部312a、312b的焦距比点配光形成部311的焦距长。
由此,入射到扩散配光形成部312a、312b并从导光投射光学元件3的出射面33出射的光在共轭面PC上的光束L2的宽度,比入射到点配光形成部311并从导光投射光学元件3的出射面33出射的光在共轭面PC上的光束L1的宽度宽。
即,在共轭面PC上,在X轴方向上,光束L2的宽度比光束L1的宽度宽。光束L1是入射到点配光形成部311并从导光投射光学元件3的出射面33出射的光的光束。光束L2是入射到扩散配光形成部312a、312b并从导光投射光学元件3的出射面33出射的光的光束。
该扩散配光被叠加在点配光上而投影到照射面9上。点配光是通过点配光形成部311形成的。扩散配光是通过扩散配光形成部312a、312b形成的。
这样,扩散配光以内含点配光的方式重叠。并且,扩散配光能够使点配光投影到照射面9上的光源1的发光面11的形状(光源像)的边界线模糊。前照灯模块110能够在维持点配光的亮度的状态下容易地降低配光不均。
即,点配光位于扩散配光的区域内。因此,在照射面9上的配光图案的内侧形成了高照度区域。扩散配光形成配光图案整体。并且,点配光形成高照度区域。
高照度区域是以发光面11的形状(光源像)为基础形成的。发光面11的形状通常是矩形形状或者圆形形状。因此,以发光面11的形状为基础,容易形成高照度区域。
另外,图11所示的前照灯模块110利用折射面和全反射面形成配光图案和高照度区域。通过将图11所示的会聚光学元件2设为通常的会聚透镜,由此前照灯模块110能够利用折射面形成配光图案和高照度区域。即,前照灯模块110未采用具有镜面的反射器。因此,前照灯模块110容易实现光利用效率的提高或者制造工序的简化。
<Y-Z平面上的光线的行为>
配光控制面31在Y-Z平面进行观察时不具有光焦度。因此,当在Y-Z平面观察从配光控制面31入射的光时,例如如图11的(A)所示,被配光控制面31折射后的光在导光投射光学元件3内传播,被引导到反射面32。这里,“传播”意味着光在导光部件3中行进。
入射到导光投射光学元件3并到达反射面32的光入射到导光投射光学元件3后,直接到达反射面32。“直接到达”意味着不被其它面等进行反射而到达。入射到导光投射光学元件3并到达反射面32的光不被其它面等反射而到达反射面32。即,到达反射面32的光在导光投射光学元件3内进行最初的反射。
并且,被反射面32反射后的光直接从出射面33出射。即,被反射面32反射后的光不被其它面等进行反射而到达出射面33。即,被反射面32进行最初的反射后的光通过这一次的反射而到达出射面33。
在图11中,从会聚光学元件2的出射面231、232中的、比会聚光学元件2的光轴C2靠+Y1轴方向侧出射的光到达反射面32。并且,从会聚光学元件2的出射面231、232中的、比会聚光学元件2的光轴C2靠-Y1轴方向侧出射的光不被反射面32反射而从出射面33出射。
即,入射到导光投射光学元件3的光中的一部分光到达反射面32。到达了反射面32的光被反射面32进行反射而从出射面33出射。
另外,通过光源1和会聚光学元件2的倾斜角度a的设定,能够使从会聚光学元件2出射的全部光被反射面32进行反射。并且,通过反射面32的倾斜角度b的设定,能够使从会聚光学元件2出射的全部光被反射面32进行反射。
并且,通过光源1和会聚光学元件2的倾斜角度a的设定,能够缩短导光投射光学元件3的光轴C1方向(Z轴方向)的长度。而且,能够缩短光学系统的进深(Z轴方向上的长度)。这里,在实施方式2中,“光学系统”是构成要素具有会聚光学元件2和导光投射光学元件3的光学系统。
并且,通过光源1和会聚光学元件2的倾斜角度a的设定,易于将从会聚光学元件2出射的光引导至反射面32。因此,易于高效地使光在共轭面PC上集中在棱线部321的内侧(+Y轴方向侧)的区域中。
即,通过使从会聚光学元件2出射的光集中在反射面32的共轭面PC侧,能够增多从棱线部321的+Y轴方向的区域出射的光的出射量。在这种情况下,从会聚光学元件2出射的中心光线与反射面32的交点位于反射面32的共轭面PC侧。
在图11中,从会聚光学元件2出射的光的中心光线到达棱线部321的位置。在图11中,从会聚光学元件2出射的光会聚在棱线部321的位置处。
即,从会聚光学元件2出射并透过了点配光形成部311的光的中心光线到达棱线部321的位置。因此,如上所述,会聚光学元件2和配光控制面31在共轭面PC上形成发光面11的像。并且,发光面11的像的中心位于棱线部321上。
因此,从发光面11的中心起的-Y1轴方向的像形成于比棱线部321靠+Y轴方向的共轭面PC上的区域中。并且,从发光面11的中心起的+Y1轴方向的像被反射面32反转,在共轭面PC上被叠加在从发光面11的中心起的-Y1轴方向的像上。
将从发光面11的中心起的-Y1轴方向的像作为第1像,将从发光面11的中心起的+Y1轴方向的像作为第2像。第2像被反射面32反转,在共轭面PC上被叠加在第1像上。
由此,与前照灯模块100相比,前照灯模块110能够形成高发光强度的配光图案。即,前照灯模块110能够实现比前照灯模块100高的光利用效率。
如在实施方式1中说明的那样,前照灯模块100采用利用遮光板5对光进行遮光的结构。因此,前照灯模块100通过遮光板5对形成第2像的光进行遮光。
另外,光轴Cs、C2相对于共轭面PC倾斜,因而光源像相对于共轭面PC倾斜。但是,光源像的倾斜能够设为对配光图案的形成没有影响的程度。
另外,即使是不在共轭面PC上形成光源像的结构,也能够利用反射面32使光反射,在共轭面PC上形成高发光强度区域。
因此,容易使投影到照射面9上的配光图案的截止线91的下侧的区域变亮。
并且,导光投射光学元件3的光轴C1方向(Z轴方向上)的长度缩短,由此,导光投射光学元件3的光的内部吸收减少,光利用效率提高。“内部吸收”是指光透过导光部件(在本实施方式中为导光投射光学元件3)时的、除了表面反射的损耗以外的材料内部的光损耗。导光部件的长度越长,则内部吸收越增加。
在一般的导光元件中,光被导光元件的侧面反复进行反射并在导光元件的内部行进。由此,光的强度分布均匀化。在实施方式2中,入射到导光投射光学元件3的光被反射面32进行一次反射而从出射面33出射。关于这点,实施方式2的导光投射光学元件3的使用方法与现有的导光元件的使用方法不同。
关于由道路交通法规等规定的配光图案,例如,截止线91的下侧(-Y轴方向侧)的区域成为最大照度。如上所述,导光投射光学元件3的棱线部321处于与照射面9共轭的关系。因此,在使截止线91的下侧(-Y轴方向侧)的区域成为最大的照度时,只要使导光投射光学元件3的棱线部321的上侧(+Y轴方向侧)的区域的发光强度最高即可。
另外,在棱线部321不是直线的情况下,能够例如使棱线部321与光轴C1相交的位置(点Q)处的与X-Y平面平行的面(共轭面PC)处于与照射面9共轭的关系。另外,棱线部321和投射透镜出射面33的光轴C1不是必须相交。即,相对于光轴C1,棱线部321可以位于+Y轴方向或者-Y轴方向。
在生成使截止线91的下侧(-Y轴方向侧)的区域成为最大照度的配光图案时,如图11的(A)所示,在Y-Z平面上进行观察,通过反射面32使从导光投射光学元件3的配光控制面31入射的光的一部分进行反射是有效的。
这是因为,从配光控制面31入射的光中的、不被反射面32反射而到达棱线部321的+Y轴方向侧的光和被反射面32反射后的光在共轭面PC上重叠。
即,在与照射面9上的高照度区域对应的共轭面PC上的区域中,不被反射面32反射而到达共轭面PC的光和被反射面32反射而到达共轭面PC的光重叠。根据这种结构,在共轭面PC上的发光强度中,能够使棱线部321的上侧(+Y轴方向侧)的区域的发光强度最高。
通过使不被反射面32反射而到达共轭面PC的光和被反射面32反射而到达共轭面PC的光在共轭面PC上重叠,形成发光强度较高的区域。通过对反射面32上的光的反射位置进行变更,能够变更共轭面PC上的发光强度较高的区域的位置。
通过使反射面32上的光的反射位置接近共轭面PC,能够使共轭面PC上的棱线部321的附近成为发光强度较高的区域。即,能够使照射面9上的截止线91的下侧成为照度较高的区域。
在图11中,从会聚光学元件2出射的光会聚在棱线部321的位置处。因此,能够使照射面9上的截止线91的下侧成为照度较高的区域。
并且,与对水平方向的配光的宽度进行调整的情况同样,通过使配光控制面31的垂直方向(Y轴方向)上的曲率任意变化,能够对该重叠光量进行调整。
“重叠光量”是不被反射面32反射而到达棱线部321的+Y轴方向侧(共轭面PC上)的光与被反射面32反射后的光重叠后的光的量。
这样,通过调整配光控制面31的曲率,能够调整配光。即,通过调整配光控制面31的曲率,能够得到期望的配光。这里,“期望的配光”例如是由道路交通法规等规定的规定配光等。或者,在使用多个前照灯模块形成一个配光图案的情况下,“期望的配光”是对各前照灯模块所要求的配光。
并且,通过调整会聚光学元件2与导光投射光学元件3之间的几何关系,能够调整配光。即,通过调整会聚光学元件2与导光投射光学元件3之间的几何关系,能够得到期望的配光。这里,“期望的配光”例如是由道路交通法规等规定的规定配光等。或者,在使用多个前照灯模块形成一个配光图案的情况下,“期望的配光”是对各前照灯模块所要求的配光。
“几何关系”例如是会聚光学元件2和导光投射光学元件3的光轴C1方向上的位置关系。当从会聚光学元件2到导光投射光学元件3的距离变短时,被反射面32反射的光的量减少,配光的垂直方向(Y轴方向)上的尺寸变短。即,配光图案的高度变低。相反,当从会聚光学元件2到导光投射光学元件3的距离变长时,被反射面32反射的光的量增加,配光的垂直方向(Y轴方向)上的尺寸变长。即,配光图案的高度变高。
并且,通过调整被反射面32反射的光的位置,能够使重叠光的位置变化。
“重叠光的位置”是不被反射面32反射而到达棱线部321的+Y轴方向侧(共轭面PC上)的光和被反射面32反射后的光在共轭面PC上重叠的位置。即,重叠光的位置是共轭面PC上的高发光强度区域的范围。高发光强度区域是与照射面9上的高照度区域对应的共轭面PC上的区域。
并且,通过调整被反射面32反射的光的会聚位置,能够调整出射面33上的高发光强度区域的高度。即,当会聚位置接近共轭面PC时,高发光强度区域的高度方向上的尺寸变短。相反,当会聚位置远离共轭面PC时,高发光强度区域的高度方向上的尺寸变长。
在上文中,设高照度区域为截止线91的下侧(-Y轴方向侧)的区域进行了说明。这是照射面9上的配光图案的高照度区域的位置。
例如,有时使用多个前照灯模块在照射面9上形成一个配光图案。在这种情况下,各前照灯模块的共轭面PC上的高发光强度区域不限于棱线部321的+Y轴方向侧的区域。在共轭面PC上,在适合于各前照灯模块的配光图案的位置处形成高发光强度区域。
如上所述,通过调整水平方向的会聚位置PW,能够对配光图案的宽度进行控制。并且,通过调整垂直方向的会聚位置PH,能够对配光图案的高度进行控制。并且,通过调整水平方向的会聚位置PW,能够对高照度区域的宽度进行控制。并且,通过调整垂直方向的会聚位置PH,能够对高照度区域的高度进行控制。
这样,水平方向的会聚位置PW和垂直方向的会聚位置PH不是必须一致。通过独立地设定水平方向的会聚位置PW和垂直方向的会聚位置PH,能够对配光图案的形状或高照度区域的形状进行控制。
并且,通过变更导光投射光学元件3的棱线部321的形状,能够容易地形成截止线91的形状。即,通过使导光投射光学元件3的棱线部321成为截止线91的形状,能够容易地形成截止线91。因此,与实施方式1所示的使用遮光板51形成截止线91的情况相比,还具有光利用效率高的优点。这是因为,能够不遮光地形成截止线91。
共轭面PC上形成的配光图案的像被导光投射光学元件3放大投影到车辆前方的照射面9。导光投射光学元件3将在共轭面PC上形成的配光图案的像投影到照射面9。即,出射面33将在共轭面PC上形成的配光图案的像投影到照射面9。
出射面33的焦点位置例如与光轴C1上的棱线部321的位置(Z轴方向上的位置)一致。即,出射面33的焦点位置位于棱线部321与光轴C1的交点上。
或者,出射面33的焦点在Z轴方向(光轴C1方向)上的位置与棱线部321在Z轴方向上的位置一致。在这种情况下,出射面33的焦点可以不在棱线部321上。
在现有的前照灯装置中使用遮光板和投射透镜,因此,产生由于部件间的位置偏差引起的截止线的变形或配光的偏差等的变化。但是,导光投射光学元件3能够以一个部件的形状精度,使出射面33的焦点位置在光轴C1方向上与棱线部321的位置一致。
由此,前照灯模块110能够抑制截止线的变形或配光的偏差等的变化。这是因为,一般而言,与两个部件间的位置精度相比,能够更容易地提高一个部件的形状精度。
图15的(A)和图15的(B)是说明实施方式2的前照灯模块110的导光投射光学元件3的反射面32的形状的图。图15的(A)和图15的(B)提取导光投射光学元件3的从配光控制面31到共轭面PC的部分而示出。
图15的(A)为了比较而示出反射面32不相对于Z-X平面倾斜的情况。即,图15的(A)的反射面32与Z-X平面平行。图15的(B)示出导光投射光学元件3的反射面32的形状。
图15的(B)所示的导光投射光学元件3的反射面32不是与Z-X平面平行的面。例如,如图15的(B)所示,反射面32是相对于Z-X平面以X轴为旋转轴倾斜的平面(倾斜面)。从-X轴方向观察,导光投射光学元件3的反射面32是以X轴为旋转轴顺时针旋转后的面。在图15的(B)中,反射面32成为相对于Z-X平面旋转了角度f的面。即,反射面32的靠配光控制面31侧(-Z轴方向侧)的端部位于,与靠共轭面PC侧(+Z轴方向侧)的端部(棱线部321)相比靠+Y轴方向的位置处。
图15的(A)所示的导光投射光学元件3的反射面32是与Z-X平面平行的平面。从入射面31入射的光被反射面32反射而到达共轭面PC。
光入射到反射面32的入射角是入射角S1。而且,光在反射面32的反射角是反射角S2。根据反射定律,反射角S2与入射角S1相等。反射面32的垂线m1在图15的(A)中用单点划线表示。
光以入射角S3入射到共轭面PC。光以出射角Sout1从共轭面PC出射。出射角Sout1与入射角S3相等。共轭面PC的垂线m2在图15的(A)中用单点划线表示。共轭面PC的垂线m2与光轴C1平行。
另外,在图15的(A)和图15的(B)中用实线描绘出共轭面PC。但是,共轭面PC如上所述是假设的面。即,共轭面PC是假想的面。
由于光被配光控制面31大幅折射,因此,从共轭面PC出射的光的出射角Sout1增大。当出射角Sout1增大时,与此相伴,出射面33的口径变大。这是因为,出射角Sout1较大的光到达在出射面33上远离光轴C1的位置。
另一方面,图15的(B)所示的导光投射光学元件3的反射面32相对于X-Z平面倾斜。从-X轴方向观察,反射面32的倾斜方向是相对于X-Z平面顺时针旋转的方向。
即,反射面32相对于光的行进方向(+Z轴方向)向导光投射光学元件3内的光路扩展的方向倾斜。反射面32朝向光的行进方向(+Z轴方向)以使导光投射光学元件3内的光路扩展的方式倾斜。这里,光的行进方向是导光投射光学元件3内的光的行进方向。因此,光的行进方向是与导光投射光学元件3的光轴C1平行的方向。
反射面32在出射面33的光轴C1的方向上朝向出射面33侧倾斜。“朝向出射面33侧”是指从出射面33侧(+Z轴方向侧)观察能够看到反射面32。
从配光控制面31入射的光被反射面32反射而到达共轭面PC。
光入射到反射面32的入射角是入射角S4。而且,光在反射面32的反射角是反射角S5。根据反射定律,反射角S5与入射角S4相等。反射面32的垂线m3在图15的(B)中用单点划线表示。
光以入射角S6入射到共轭面PC。光以出射角Sout2从共轭面PC出射。出射角Sout2与入射角S6相等。共轭面PC的垂线m4在图15的(B)中用单点划线表示。共轭面PC的垂线m4与光轴C1平行。
由于反射面32的倾斜,入射角S4大于入射角S1。并且,反射角S5大于反射角S2。因此,入射角S6小于入射角S3。即,当对从共轭面PC出射时的光相对于光轴C1的倾斜角度进行比较时,出射角Sout2小于出射角Sout1
通过使反射面32以使导光投射光学元件3内的光路扩展的方式朝向光的行进方向(+Z轴方向)倾斜,能够减小出射面33的口径。
通过使反射面32在出射面33的光轴C1的方向上朝向出射面33侧倾斜,能够减小出射面33的口径。在采用投射透镜8的情况下,通过使反射面32在投射透镜8的光轴Cp的方向上朝向投射透镜8侧倾斜,能够减小投射透镜8的口径。
另外,为了使出射角Sout2小于出射角Sout1,可以使反射面32成为曲面形状。即,反射面32由光路朝向光的行进方向(+Z轴方向)扩展的曲面形成。
反射面32由在出射面33的光轴C1的方向上朝向出射面33侧的曲面形成。在采用投射透镜8的情况下,反射面32由在投射透镜8的光轴Cp的方向上朝向投射透镜8侧的曲面形成。
反射面32的倾斜发挥减小被反射面32反射后的光从共轭面PC出射时的出射角Sout的作用。因此,通过反射面32的倾斜,能够减小出射面33的口径。在采用投射透镜8的情况下,通过反射面32的倾斜,能够减小投射透镜8的口径。而且,能够使前照灯模块110小型化。尤其是有助于前照灯模块110的高度方向(Y轴方向)上的薄型化。
另外,导光投射光学元件3能够采用图15的(A)所示的反射面32的结构。
<配光图案>
前照灯模块110将导光投射光学元件3的入射面作为配光控制面31,因而能够得到与实施方式1相同的配光图案。因此,关于配光图案的说明代用实施方式1的说明。
另外,与实施方式1的遮光板5同样,能够通过棱线部321的形状容易地形成“抬高线”。
图16是示出导光投射光学元件3的共轭面PC上的截面形状的一例的示意图。棱线部321的形状例如可以是图16所示的具有台阶的形状。即,图16所示的棱线部321的形状呈上述的弯折线形状。
在导光投射光学元件3的情况下,光在导光投射光学元件3的内部行进。因此,棱线部321a、321b的形状与实施方式1所示的遮光板5的边51a、51b的形状相同。棱线部321a、321b是导光投射光学元件3的截面上的-Y轴方向侧的边。边51a、51b是遮光板5的+Y轴方向侧的边。
从后方(-Z轴方向)观察,左侧(+X轴方向侧)的棱线部321a位于比右侧(-X轴方向侧)的棱线部321b高的位置(+Y轴方向)。
共轭面PC和照射面9存在光学共轭的关系。因此,共轭面PC上的配光图案的形状以上下方向和左右方向反转的方式被投影到照射面9上。即,在照射面9上,车辆的行进方向左侧的截止线91较高,右侧的截止线91较低。
由此,能够容易地形成为了进行行人的识别和标识的识别而抬高步道侧(左侧)的照射的“抬高线”。另外,对车辆在道路的左侧行驶的情况进行说明。因此,当车辆在道路的右侧行驶的情况下,抬高线的左右方向颠倒。即,成为抬高右侧的照射的抬高线。
并且,在车辆中,有时排列多个前照灯模块,合并各模块的配光图案来形成配光图案。即,有时排列多个前照灯模块,合并各模块的配光图案来形成配光图案。这种情况下,也能够容易地应用实施方式2的前照灯模块110。
前照灯模块110通过调整导光投射光学元件3的配光控制面31的曲面形状,能够使配光图案的宽度和高度变化。而且,还能够使配光分布变化。
并且,前照灯模块110通过调整会聚光学元件2与导光投射光学元件3之间的光学位置关系或导光投射光学元件3的配光控制面31的形状,能够使配光图案的宽度和高度变化。而且,还能够使配光分布也变化。
并且,通过使用反射面32,能够容易地进行配光分布的变化。例如,通过使反射面32的倾斜角度b变化,能够使高照度区域的位置变化。
并且,前照灯模块110能够利用导光投射光学元件3的棱线部321的形状来规定截止线91的形状。即,能够通过导光投射光学元件3的形状来形成配光图案。
因此,在多个前照灯模块之间,不需要特别地变更会聚光学元件2的形状等。即,会聚光学元件2可以是通用部件。因此,能够削减部件的种类,改善组装性,能够降低制造成本。
并且,前照灯模块110的整体能够发挥这种任意调整配光图案的宽度和高度的功能以及任意调整配光分布的功能即可。前照灯模块110的光学部件具有会聚光学元件2和导光投射光学元件3。即,能够将这些功能分散在构成前照灯模块110的会聚光学元件2或导光投射光学元件3中的任意的光学面中。
例如,使导光投射光学元件3的反射面32成为曲面形状且具有光焦度,也能够形成配光。
但是,关于反射面32,不是必须全部光到达反射面32。因此,在使反射面32具有形状的情况下,能够有助于形成配光图案的光的量有限。因此,通过被反射面32进行反射,对配光图案赋予反射面32的形状作用的光的量有限。即,通过光被反射面32进行反射,反射面32的形状对于配光图案的影响是有限的。因此,为了对全部光赋予光学上的作用来使配光图案容易地变化,优选使配光控制面31具有光焦度来形成配光。
另外,使用在实施方式1中说明的配光控制元件4、反射元件及投射透镜8,能够实现与导光投射光学元件3同等的功能。反射元件相当于反射面32。
<变形例2>
图21是示出变形例2的前照灯模块111的结构的结构图。
前照灯模块111具有光源1、6、会聚光学元件7和投射透镜8。另外,前照灯模块111不具有会聚光学元件2。会聚光学元件2是光源1用的会聚元件。在变形例2中,作为例子,示出了出射面330为平面的光学元件,以替代导光投射光学元件3。由于该光学元件不具有投射功能,因而作为导光光学元件30进行说明。
首先,对远光用光源6进行说明。
为了容易说明光源6和会聚光学元件7,使用X2Y2Z2坐标作为新的坐标系。X2Y2Z2坐标是如下的坐标:从-X轴方向观察,XYZ坐标以X轴为旋转轴逆时针旋转了角度e。
光源6具有发光面61。光源6从发光面61出射用于对车辆的前方进行照明的光。
光源6位于会聚光学元件7的-Z2轴侧。光源6位于导光光学元件30的-Z轴侧(后方)。而且,光源6位于导光光学元件30的-Y轴侧(下侧)。
在图21中,光源6向+Z2轴方向出射光。光源6的种类没有特别限定,但是,如上述说明的那样,在以下的说明中,设光源6为LED来进行说明。
会聚光学元件7位于光源6的+Z2轴侧。并且,会聚光学元件7位于导光光学元件30的-Z2轴侧。会聚光学元件7位于导光光学元件30的-Z轴侧(后方)。而且,会聚光学元件7位于导光光学元件30的-Y轴侧(下侧)。
会聚光学元件7入射从光源6发出的光。会聚光学元件7使光会聚在前方(+Z2轴方向)。在图21中,示出会聚光学元件7为具有正光焦度的会聚光学元件7。
并且,变形例2所示的会聚光学元件7例如内部充满折射材料。
在图21中,会聚光学元件7由一个会聚光学元件7构成,但是,也可以使用多个光学部件。但是,在使用多个光学元件的情况下,为了确保各光学元件的定位精度等而使得制造性降低。
在变形例2中,会聚光学元件7的光轴C3与Z2轴平行。并且,会聚光学元件7的光轴C3与光源6的光轴Cs2一致。
会聚光学元件7的详细结构和功能与会聚光学元件2相同。因此,利用会聚光学元件2的说明来代替会聚光学元件7的说明。但是,会聚光学元件7的焦距等光学性能能够取与会聚光学元件2不同的值。
光源6和会聚光学元件7配置在导光光学元件30的下侧(-Y轴方向侧)。并且,光源6和会聚光学元件7配置在导光光学元件30的后方(-Z轴方向侧)。即,在变形例2的前照灯模块111中,如图21所示,光源6配置在光源1的下侧(-Y轴方向侧)。
下面,对光线的行为进行说明。
如图21所示,由会聚光学元件7会聚后的光入射到导光光学元件30的入射面34。入射面34是折射面。并且,在图21中,入射面34利用平面形状表示。入射到入射面34的光被入射面34折射。入射到入射面34的光从出射面330出射。
另外,变形例2所示的导光光学元件30例如内部充满折射材料。
入射面34存在与照射面9共轭的关系。即,入射面34位于与照射面9光学共轭的位置处。因此,入射面34上由会聚光学元件7形成的配光图案的像被投射透镜8放大投影到车辆前方的照射面9上。
入射面34配置在比棱线部321靠下侧(-Y轴方向侧)的位置处。因此,入射面34上形成的配光图案的像在照射面9上被投影到比截止线91靠上侧(+Y轴方向侧)。因此,光源6和会聚光学元件7能够对利用远光照明的区域进行照明。
并且,如图21所示,通过调整从会聚光学元件7出射的光的会聚位置,能够变更远光的配光。并且,通过调整会聚光学元件7与导光光学元件30之间的几何关系,能够变更远光的配光。
“几何关系的调整”例如是指对会聚光学元件7与导光光学元件30之间在光轴C1方向(Z轴方向)上的位置关系进行调整。如果会聚光学元件7与导光光学元件30在光轴C1方向上的位置关系不同,则由会聚光学元件7会聚后的入射面34上的会聚光斑的尺寸变化。即,由会聚光学元件7会聚后的光的入射面34上的光束直径变化。而且,与之对应地,照射面9上的配光变化。
在上述例子中,将入射面34配置在了共轭面PC上。但是,能够将入射面34配置在比共轭面PC靠-Z轴方向侧。即,共轭面PC存在于入射面34的+Z轴侧。共轭面PC存在于导光光学元件30的内部。
在这种结构的情况下,能够利用入射面34的形状对形成在比共轭面PC的棱线部321靠下侧(-Y轴方向侧)的配光图案的像进行控制。
例如,入射面34是具有正光焦度的曲面形状。而且,从会聚光学元件7出射的光会聚在棱线部321。这种情况下,成为截止线91的上侧(+Y轴侧)的区域被照明得最亮的配光图案。
这样,通过使入射面34的面的形状变化,能够容易地控制远光的配光图案。
如上所述,实施方式2的前照灯模块111能够利用同一前照灯模块容易地形成近光的配光图案和远光的配光图案双方。即,不需要分别单独准备远光用前照灯模块和近光用前照灯模块。因此,与现有的前照灯装置相比,能够实现小型的前照灯装置。
下面,对投射透镜8的采用进行说明。
导光光学元件30具有出射面330。出射面330例如是平面。出射面330例如是与投射透镜8的光轴Cp垂直的平面。
因此,导光光学元件30不具有将配光图案投影到照射面9上的功能。并且,前照灯模块111具有投射透镜8。投射透镜8将配光图案投影到照射面9上。
即,导光光学元件30采用包含配光控制元件4的结构。导光投射光学元件3采用导光光学元件30包含投射透镜8的结构。
投射透镜8的焦点例如在光轴Cp的方向上位于配光图案的位置。即,配光图案形成在共轭面PC上。由此,投射透镜8能够将该配光图案投影到照射面9上。
另外,能够使出射面330具有光焦度。在这种情况下,出射面330和投射透镜8将配光图案投影到照射面9上。
最后,对环形透镜面的扩散配光形成部312a、312b进行说明。
导光光学元件30的配光控制面31形成为环形透镜面。在图21中,当在Y-Z平面上观察时,配光控制面31呈曲面形状。因此,例如点配光形成部311或者扩散配光形成部312在Y-Z平面上具有会聚功能。
因此,前照灯模块111不具有使从光源1出射的光会聚的会聚光学元件2。
在图21所示的前照灯模块111中,被点配光形成部311或者扩散配光形成部312会聚后的光会聚在共轭面PC上。并且,在图21所示的前照灯模块111中,被点配光形成部311或者扩散配光形成部312会聚后的光会聚在棱线部321。并且,在图21所示的前照灯模块111中,被点配光形成部311或者扩散配光形成部312会聚后的光会聚在投射透镜8的光轴Cp上。
实施方式3
图17是示出安装了前照灯模块100、102、110、111的前照灯装置10的结构的结构图。在上述的实施方式中,说明了前照灯模块100、102、110、111的实施方式。在图17中,作为一例,示出搭载了前照灯模块100的例子。
例如,能够将图17所示的3个前照灯模块100的全部或一部分置换成前照灯模块102、110、111。
前照灯装置10具有壳体97。并且,前照灯装置10可以具有罩96。
壳体97保持前照灯模块100。
壳体97例如配置在车体的内部。
在壳体97的内部收纳有前照灯模块100。在图17中,作为例子,收纳有3个前照灯模块100。另外,前照灯模块100的个数不限于3个。前照灯模块100的个数可以是1个或2个,也可以是4个以上。
前照灯模块100例如沿X轴方向排列配置在壳体97的内部。另外,前照灯模块100的排列方法不限于沿X轴方向上排列的方法。也可以考虑设计或功能等,在Y轴方向或Z轴方向上错开配置前照灯模块100。
并且,在图17中,在壳体97的内部收纳了前照灯模块100。但是,壳体97不需要为箱形状。壳体97也可以采用由框架等构成并在该框架上固定前照灯模块100的结构。这是因为,在四轮机动车等的情况下,壳体97配置在车体的内部。该框架等也可以是构成车体的部件。在这种情况下,壳体97成为构成车体的一部分。即,壳体97成为壳体部。
在摩托车的情况下,壳体97配置在车把附近。在四轮机动车的情况下,壳体97配置在车体的内部。
罩96使从前照灯模块100出射的光透过。并且,透过罩96后的光出射到车辆的前方。罩96是由透明材料制作的。
罩96配置在车体的表面部分,表露在车体的外部。
罩96配置在壳体97的+Z轴方向上。
从前照灯模块100出射的光透过罩96而向车辆的前方(+Z方向)出射。在图17中,从罩96出射的光与从相邻的前照灯模块100出射的光叠在一起,形成一个配光图案。
罩96是为了保护前照灯模块100不受风雨或尘埃等影响而设置的。但是,在投射透镜8是保护前照灯模块100的内部部件不受风雨或尘埃等影响的构造的情况下,不需要特别设置罩96。
如以上说明的那样,在具有多个前照灯模块100的情况下,前照灯装置10是前照灯模块100的集合体。并且,在具有一个前照灯模块100的情况下,前照灯装置10与前照灯模块100相等。即,前照灯模块100是前照灯装置10。或者,前照灯装置10是在一个前照灯模块100上安装了罩96或者壳体97等的结构。
另外,在上述各实施方式中,有时使用“平行”或“垂直”等表示部件间的位置关系或部件形状的用语。这些用语包含考虑到制造上的公差或组装上的偏差等的范围。因此,当在权利要求书中存在表示部件间的位置关系或部件形状的记载的情况下,这些记载包含考虑到制造上的公差或组装上的偏差等的范围。
并且,如上所述说明了本发明的实施方式,但是,本发明不限于这些实施方式。
<附记>
作为附记而记载以下的内容。
<附记1>
一种前照灯模块,该前照灯模块具有:
光源,其出射光;
会聚光学元件,其将从所述光源出射的光转换为会聚光;
配光控制元件,其变更所述会聚光的焦点位置;以及
投射光学元件,其投射从所述配光控制元件出射的光,
所述配光控制元件具有:第1配光形成部,其在与所述投射光学元件的光轴垂直的面、且位于所述投射光学元件的前侧的焦点位置处的面上,形成由所述投射光学元件投射的配光图案的配光分布,并在所述配光图案中形成高发光强度区域;以及第2配光形成部,其在所述配光图案中形成发光强度比所述高发光强度区域低的低发光强度区域。
<附记2>
根据附记1所述的前照灯模块,其中,所述第1配光形成部配置在所述会聚光学元件的光轴上。
<附记3>
根据附记1或2所述的前照灯模块,其中,所述第1配光形成部具有大于所述第2配光形成部的光焦度。
<附记4>
根据附记1~3中任意一项所述的前照灯模块,其中,所述前照灯模块具有对从所述配光控制元件出射的光进行反射的反射面,
在所述投射光学元件的光轴方向上,所述反射面的靠所述投射光学元件侧的端部位于所述面上。
<附记5>
一种具有附记1~4中任意一项所述的前照灯模块的前照灯装置。

Claims (11)

1.一种前照灯模块,其中,该前照灯模块具有:
光源,其出射光;
配光控制光学面,其由所述光形成配光图案;以及
投射光学面,其对配光图案进行投影,
所述配光控制光学面包括:
第1配光形成部,其在所述配光图案中形成照射高照度区域的配光,由从所述光源侧观察时为凸面形状的折射面或具有正光焦度的折射面构成;以及
第2配光形成部,其在所述配光图案中形成照射照度比所述高照度区域低的低照度区域的配光,由从所述光源侧观察时为凹面形状的折射面或具有负光焦度的折射面构成,
入射到所述第1配光形成部的光在通过所述第1配光形成部之后会聚,
入射到所述第2配光形成部的光在通过所述第2配光形成部之后发散。
2.根据权利要求1所述的前照灯模块,其中,
在所述配光控制光学面与所述投射光学面之间,具备在所述配光图案上形成截止线的遮光板或第1反射面。
3.根据权利要求2所述的前照灯模块,其中,
所述第1反射面是由形成有所述配光控制光学面的光学元件的任意的光学面实现的。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的前照灯模块,其中,
所述前照灯模块是车辆用前照灯模块,
在将所述车辆的上下方向设为第1轴方向,将所述车辆的行进方向设为第2轴方向时,
所述第1配光形成部或所述第2配光形成部在由所述第1轴方向和所述第2轴方向规定的平面上具有会聚功能。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的前照灯模块,其中,
所述前照灯模块还具备利用光的折射或光的反射使入射的光会聚的会聚光学面,
所述配光图案是使用所述配光控制光学面以及所述会聚光学面形成的。
6.根据权利要求5所述的前照灯模块,其中,
所述会聚光学面是折射面或全反射面。
7.根据权利要求5或6所述的前照灯模块,其中,
所述会聚光学面是由形成有所述配光控制光学面的光学元件的任意光学面实现的。
8.根据权利要求3或7所述的前照灯模块,其中,
所述投射光学面是由所述光学元件的任意光学面实现的。
9.根据权利要求1、2、4至6中的任一项所述的前照灯模块,其中,所述前照灯模块具备:
配光控制元件,其内部充满折射材料;以及
投射光学元件,其配置在所述配光控制元件的前方,内部充满折射材料,
所述配光控制光学面是由所述配光控制元件的任意光学面实现的,
所述投射光学面是由所述投射光学元件的任意光学面实现的。
10.根据权利要求2所述的前照灯模块,其中,所述前照灯模块具备:
配光控制元件,其内部充满折射材料;以及
投射光学元件,其配置在所述配光控制元件的前方,内部充满折射材料,
所述配光控制光学面是由所述配光控制元件的任意光学面实现的,
所述投射光学面是由所述投射光学元件的任意光学面实现的,
所述遮光板或所述第1反射面位于所述配光控制元件与所述投射光学元件之间。
11.根据权利要求5或6所述的前照灯模块,其中,所述前照灯模块具备:
配光控制元件,其内部充满折射材料;
会聚光学元件,其配置在所述配光控制元件的后方,内部充满折射材料;以及
投射光学元件,其配置在所述配光控制元件的前方,内部充满折射材料,
所述配光控制光学面是由所述配光控制元件的任意光学面实现的,
所述会聚光学面是由所述会聚光学元件的任意光学面实现的,
所述投射光学面是由所述投射光学元件的任意光学面实现的。
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