DE102019202434A1

DE102019202434A1 - Fahrzeugleuchte

Info

Publication number: DE102019202434A1
Application number: DE102019202434.3A
Authority: DE
Inventors: Kazuya Motohashi
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2019-08-22
Also published as: US20190257492A1; JP7067955B2; FR3078138A1; CN110186004A; FR3078138B1; CN110186004B; US10753563B2; JP2019145372A

Abstract

Eine Fahrzeugleuchte weist eine Lichtquelle und eine Projektionslinse auf, die dazu eingerichtet ist, das von der Lichtquelle emittierte Licht zu projizieren. Die Projektionslinse weist zwei oder mehr Harzlinsen und eine oder mehr Glaslinsen auf, und ein Brechkraftverhältnis R (=Pr/Pt) einer gesamten Brechkraft Pr der Harzlinsen zu einer Brechkraft Pt der gesamten Projektionslinse erfüllt eine Beziehung von R<1/3.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-029344 , die am 22. Februar 2018 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen eine Leuchte zur Verwendung in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Automobil, und insbesondere eine Fahrzeugleuchte, die für einen Fahrzeugscheinwerfer (Scheinwerfer) geeignet ist, der in der Lage ist, eine Lichtverteilungssteuerung mit adaptivem Fahrlicht bzw. ADB-Lichtverteilungssteuerung (englisch: Adaptive Driving Beam light distribution control) durchzuführen.
STAND DER TECHNIK
Als Scheinwerfer eines Automobils wurde eine ADB-Lichtverteilungssteuerung als eine Methode vorgeschlagen, um eine Lichtverteilung zum Verhindern des Blendens eines Fahrzeugs (im Folgenden „Frontfahrzeug“ genannt) in einem vorderen Bereich bzw. Frontbereich eines eigenen Fahrzeugs, wie beispielsweise ein vorausfahrendes Fahrzeugs oder ein entgegenkommendes Fahrzeugs in dem Frontbereich, zu erhalten, während eine Beleuchtungswirkung des vorderen Bereichs bzw. Frontbereichs des eigenen Fahrzeugs erhöht wird. Die ADB-Lichtverteilungssteuerung umfasst das Erfassen eines Frontfahrzeugs durch eine Fahrzeugpositionserfassungseinrichtung, das Verringern oder Ausschalten einer Lichtmenge in einem Bereich, in dem sich das erfasste Frontfahrzeug befindet, während andere große Bereiche (englisch wide regions) hell beleuchtet werden.
In den letzten Jahren wurde die ADB-Lichtverteilungssteuerung auch für einen Scheinwerfer mit einem lichtemittierenden Element wie einer LED als Lichtquelle eingesetzt. Insbesondere wird in dem Scheinwerfer Licht von einer Vielzahl von LEDs als Lichtquellen verwendet, d.h. der Beleuchtungsbereich der jeweiligen LEDs wird zu einer Lichtverteilung zum Beleuchten des Frontbereichs des eigenen Fahrzeugs kombiniert. Ferner werden, wenn ein Frontfahrzeug erfasst wird, LEDs in einem Beleuchtungsbereich, der dem erfassten Frontfahrzeug entspricht, gedimmt oder ausgeschaltet.
In der ADB-Lichtverteilungssteuerung wird von der Vielzahl von LEDs emittiertes weißes Licht von einer Projektionslinse in den Frontbereich des eigenen Fahrzeugs projiziert, um eine Vielzahl von Beleuchtungsbereiche zu bilden, diese Beleuchtungsbereiche werden kombiniert und entsprechend aufgebaut (englisch synthesized), und somit wird ein entsprechender Beleuchtungsbereich ausgebildet. Eine Musterform des zu projezierenden Lichts der LEDs kann jedoch aufgrund von Aberrationen durch die Projektionslinse variieren, was es schwierig macht, die ADB-Lichtverteilungssteuerung mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
In JP-A-2017-16928 ist eine hintere Hauptfläche der Projektionslinse so gestaltet, dass sie eine vorbestimmte Krümmung aufweist, so dass eine Richtung der Koma-Aberration (englisch coma aberration) spezifiziert ist und die Gleichmäßigkeit des zu projizierenden Lichtmusters verbessert wird. Da die Technik von JP-A-2017-16928 jedoch keine Aberration (englisch aberration) bewältigt, würde diese Technik die Veränderung der Musterform des durch die Aberration verursachten Lichts nicht bewältigen.
Um die Aberration zu bewältigen, wird erwogen, die Projektionslinse mit einer Vielzahl von Linsen, z.B. einer Triplett-Linse, zu konfigurieren. In diesem Fall wird zur Reduzierung des Gewichts und der Kosten der Projektionslinse auch erwogen, einen Teil der Vielzahl von Linsen mit Harzlinsen zu konfigurieren. Zum Beispiel schlägt JP-A-H8-68935 eine Technik vor, bei der in einer Kamera mit einer Triplett-Linse eine erste Linse und eine zweite Linse aus Harz und eine dritte Linse aus Glas gebildet ist.
Da die Linse aus JP-A-H8-68935 auf eine Kamera angewendet wird, die oft bei einer sogenannten Normaltemperatur (oder Raumtemperatur) eingesetzt wird, entsteht selten ein Problem, das durch eine Änderung der Umgebungstemperatur verursacht wird. Ein Problem kann jedoch auftreten, wenn diese Art von Linse in einer Projektionslinse einer Leuchte eines Automobils angewendet wird. Das heißt, bei Anwendung auf eine Projektionslinse einer Leuchte eines Automobils ist eine Änderung der optischen Eigenschaften der Triplett-Linse aufgrund der Änderung der thermischen Ausdehnung der aus Harz gebildeten Linse, insbesondere eine Punktform (englisch spot shape) aufgrund von sphärischer Aberration, erkennbar, da die Umgebungstemperatur beim Ein- und Ausschalten der Leuchte in einem Bereich von 0°C bis 80°C variiert. Wenn sich die durch die Projektionslinse gebildete Punktform mit der Temperaturänderung ändert, ändert sich auch die zu projizierende Musterform des Beleuchtungsbereichs, und somit kann sich die Zuverlässigkeit der ADB-Lichtverteilungssteuerung mit der Temperaturänderung verschlechtern.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend sieht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Fahrzeugleuchte mit einer Projektionslinse vor, die eine Formänderung eines Lichtverteilungsmusters bei Temperaturänderung reduziert, d.h. die Temperaturabhängigkeit einer Punktform, die eine Abbildungsleistung der Projektionslinse darstellt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Fahrzeugleuchte mit einer Lichtquelle und einer Projektionslinse vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, das von der Lichtquelle emittierte Licht zu projizieren. Die Projektionslinse weist zwei oder mehr Harzlinsen und eine oder mehrere Glaslinsen auf, und ein Brechkraftverhältnis R (=Pr/Pt) einer gesamten Brechkraft Pr (englisch total refractive power Pr) der Harzlinsen zu einer Brechkraft Pt der gesamten Projektionslinse erfüllt ein Verhältnis von R<1/3.
Die Projektionslinse kann durch eine Triplett-Linse konfiguriert sein, die in der Reihenfolge von einer Seite aus, die einer Lichtquelle gegenüberliegt, eine erste Linse mit positiver Brechkraft, eine zweite Linse mit negativer Brechkraft und eine dritte Linse mit positiver Brechkraft umfasst, wobei die erste und zweite Linse aus Harz gebildet sind und die dritte Linse aus Glas gebildet ist.
Gemäß der obigen Konfiguration kann das Gewicht der Projektionslinse reduziert werden, da zwei oder mehr Linsen aus der Vielzahl der Linsen, die die Projektionslinse konfigurieren, aus Harz gebildet sind. Da das Verhältnis der Brechkraft der Harzlinsen zu der Brechkraft der gesamten Projektionslinse kleiner als 1/3 ist, kann die Temperaturabhängigkeit der Punktform, die die Abbildungsleistung der Projektionslinse repräsentiert, verbessert und die geeignete ADB-Lichtverteilungssteuerung realisiert werden.
Figurenliste
Die obigen und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich und leichter verständlich, in denen:

1 eine schematische Längsschnittansicht eines Scheinwerfers mit einer Lichtverteilungssteuerungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine schematische perspektivische Ansicht ist, die eine Leuchteneinheit von vorne bzw. von der Front aus betrachtet darstellt;
3 ein Diagramm ist, das eine Oberflächenkonfiguration von ersten bis dritten Linsen darstellt, die eine Projektionslinse einer ersten Ausführungsform konfigurieren, und eine Entwurfsformel und Entwurfswerte davon darstellt;
4 ein Diagramm eines Lichtverteilungsmusters ist, das durch Kombinieren von Licht aus LED-Chips erhalten wird;
5 ein Diagramm ist, das die Temperaturabhängigkeit eines Brechkraftverhältnisses und einer Änderungsrate der Brennweite darstellt;
6A ein Simulationsdiagramm ist, das eine Änderung der Punktform aufgrund von Temperaturänderung der Projektionslinse der ersten Ausführungsform darstellt;
6B ein Simulationsdiagramm ist, das eine Änderung der Punktform aufgrund von Temperaturänderung einer Projektionslinse eines Vergleichsbeispiels darstellt;
7 ein Konfigurationsdiagramm einer Projektionslinse gemäß einer zweiten Ausführungsform ist;
8 ein Diagramm ist, das eine Oberflächenkonfiguration von ersten bis vierten Linsen darstellt, die die Projektionslinse der zweiten Ausführungsform konfigurieren, und eine Entwurfsformel und Entwurfswerte davon darstellt;
9 ein Simulationsdiagramm ist, das eine Änderung der Punktform aufgrund von Temperaturänderung der Projektionslinse der zweiten Ausführungsform darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische Längsschnittansicht eines Scheinwerfers HL eines Automobils, der eine ADB-Lichtverteilungssteuerung durchführen kann. In der folgenden Beschreibung wird eine Lichtquellenseite in dem Scheinwerfer HL als hinten und eine Frontseite des Scheinwerfers HL als vorne bezeichnet.
In dem Scheinwerfer HL ist eine Leuchteneinheit 2 in einem Leuchtengehäuse 1 vorgesehen, das durch einen Leuchtenkörper 11 und eine Frontabdeckung 12 gebildet ist, die aus einem lichtdurchlässigen Material gebildet ist. Die Leuchteneinheit 2 umfasst eine Lichtquelle 3 und eine Projektionslinse 4, die in einem Einheit-Gehäuse 21 vorgesehen und gelagert sind, dessen Innenfläche als lichtreflektierende Oberfläche ausgebildet ist. Das von der Lichtquelle 3 emittierte Licht wird von der Projektionslinse 4 auf einen bzw. zu einem Frontbereich des Automobils gestrahlt bzw. ausgestrahlt, um eine gewünschte Lichtverteilung zu erhalten.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die die Projektionslinse 4 von der Front aus betrachtet darstellt. Wie auch in 1 dargestellt ist, sind in der Lichtquelle 3 eine Vielzahl von lichtemittierenden Elementen 30, hier neun lichtemittierende Dioden (LED)-Chips 301 bis 309, die weißes Licht emittieren, auf einem Substrat 31 montiert, das durch eine Wärmesenke 32 gelagert ist. Diese LED-Chips 301 bis 309 sind in zwei Stufen, obere- und untere Stufen, angeordnet, d.h. vier LED-Chips 301 bis 304 sind in der oberen Stufe montiert und fünf LED-Chips 305 bis 309 sind in der unteren Stufe montiert, so dass sie in einer horizontalen Richtung angeordnet sind. Wenn die LED-Chips 301 bis 309 Licht emittieren, wird das von den LED-Chips 301 bis 309 emittierte Licht direkt reflektiert oder von der Innenfläche des Einheit-Gehäuses 21 zu der Projektionslinse 4 reflektiert.
Wie in 1 dargestellt ist, sind die LED-Chips 301 bis 309 durch das Substrat 31 mit einer lichtemittierenden Schaltung bzw. Lichtemissionsschaltung 5 (englisch light emitting circuit 5) verbunden und werden so gesteuert, dass sie ein- und ausgeschaltet sind und ferner kann eine Lichtstärke (englisch luminous intensity) durch die lichtemittierende Schaltung 5 individuell verändert werden. Ein von einem Fahrer zu betätigender Leuchtenschalter 51 ist mit der lichtemittierenden Schaltung 5 verbunden, und eine Abblendlichtverteilung (englisch low beam light distribution), eine Fernlichtverteilung (englisch high beam light distribution), und eine ADB-Lichtverteilung können über den Leuchtenschalter 51 geschaltet und eingestellt werden. Die lichtemittierende Schaltung 5 ist mit einer Fahrzeugkamera 52 zum Durchführen der ADB-Steuerung verbunden. Ein Frontfahrzeug wird von einem von der Fahrzeugkamera 52 aufgenommenen Frontbild des Automobils erfasst, und es wird eine Lichtverteilungssteuerung durchgeführt, um kein Blenden des Frontfahrzeugs zu verursachen.
Wie in 3 dargestellt ist, ist die Projektionslinse 4 in einer ersten Ausführungsform durch eine Triplett-Linse konfiguriert und umfasst, in der Reihenfolge von einer Leuchtenvorderseite bzw. Leuchtenfrontseite aus, eine erste Linse 41, die eine konvexe Linse mit einer positiven Brechkraft ist, eine zweite Linse 42, die eine konkave Linse mit einer negativen Brechkraft ist, und eine dritte Linse 43, die eine konvexe Linse mit einer positiven Brechkraft ist. Die erste Linse 41 bis zur dritten Linse 43, d.h. die ersten bis dritten Linsen, sind koaxial angeordnet, wobei die optischen Achsen davon miteinander ausgerichtet sind, und die Lichtquelle 3, d.h. die LED-Chips 301 bis 309, ist in der Nähe eines Brennpunktes Fo auf einer Leuchtenhinterseite der Projektionslinse 4 angeordnet.
Unter den drei Linsen, die die Projektionslinse 4 konfigurieren, sind die erste Linse 41 und die zweite Linse 42 aus lichtdurchlässigem Harz gebildet, beispielsweise ist die erste Linse aus PMMA (Acrylharz) und die zweite Linse 42 aus PC (Polycarbonatharz) gebildet. Die dritte Linse 43 ist aus lichtdurchlässigem Glas mit einem Brechungsindex und einer Streuung (hohe Abbezahl) ausgebildet, die niedriger sind als die der zweiten Linse 42, beispielsweise N-BK7 (Borosilikatkronglas).
Um Aberrationen in der Projektionslinse 4 zu reduzieren, d.h. chromatische Aberration, sphärische Aberration, Astigmatismus und Koma-Aberration, sind unter einer vorderen Oberfläche (erste Oberfläche) S1 und einer hinteren Oberfläche (zweite Oberfläche) S2 der ersten Linse 41, einer vorderen Oberfläche (dritte Oberfläche) S3 und einer hinteren Oberfläche (vierte Oberfläche) S4 der zweiten Linse 42, und einer vorderen Oberfläche (fünfte Oberfläche) S5 und einer hinteren Oberfläche (sechste Oberfläche) S6 der dritten Linse 43, zumindest die erste Oberfläche S1 bis zur fünften Oberfläche S5 als asphärische Oberflächen gestaltet. In dieser Ausführungsform sind die erste Oberfläche S1 bis zur sechsten Oberfläche S6 alle als asphärische Oberflächen gestaltet, basierend auf einer in 3 dargestellten asphärischen Definitionsformel (1) (englisch aspheric definition formula). Hier ist z ein Absenkungsbetrag (englisch sag amount), r eine radiale Abmessung von einer optischen Achse, c ein Krümmungsradius, k eine konische Konstante (englisch conic constant) und α1 und α2 sind asphärische Koeffizienten.
In dem Scheinwerfer HL der ersten Ausführungsform, der die Projektionslinse 4 mit der obigen Konfiguration aufweist, wird die Abblendlichtverteilungssteuerung oder die Fernlichtverteilungssteuerung durch Schalten des Leuchtenschalters 51 durch einen Fahrer oder dergleichen eingestellt. In der Abblendlichtverteilungssteuerung emittieren die vier LED-Chips 301 bis 304 in der oberen Stufe Licht unter der Steuerung der lichtemittierenden Schaltung 5. Das von den LED-Chips 301 bis 304 emittierte weiße Licht wird von der Projektionslinse 4 zu einem Frontbereich des Automobils gestrahlt, und in 4 wird eine Lichtverteilung erhalten, in der die Beleuchtungsbereiche P1 bis P4 kombiniert sind, d.h. die Abblendlichtverteilung ist ausgebildet, in der ein Bereich unterhalb einer Trennlinie im Wesentlichen entlang einer horizontalen Linie H, die durch eine optische Linsenachse Lx verläuft, beleuchtet wird.
In der Fernlichtverteilungssteuerung emittieren die fünf LED-Chips 305 bis 309 auf der unteren Stufe Licht unter der Steuerung der lichtemittierenden Schaltung 5. Das weiße Licht der LED-Chips 305 bis 309 wird von der Projektionslinse 4 zu einem Frontbereich des Automobils gestrahlt, und es wird die Lichtverteilung ausgebildet, in der die Beleuchtungsbereiche P5 bis P9 kombiniert sind. Die Lichtverteilung wird mit der oben beschriebenen Abblendlichtverteilung P1 bis P4 kombiniert und die Fernlichtverteilung zum Beleuchten eines großen Bereichs gebildet.
Wenn die ADB-Lichtverteilungssteuerung vom Fahrer eingestellt wird, steuert die lichtemittierende Schaltung 5 grundsätzlich die Fernlichtverteilung, und ein Frontfahrzeug im Frontbereich des Automobils wird basierend auf dem von der Fahrzeugkamera 52 aufgenommenen Bild erfasst. Ferner wird das Licht der LED-Chips, das einem Beleuchtungsbereich entspricht, der das erfasste Frontfahrzeug überlappt, insbesondere einem Bereich, der die Beleuchtungsbereiche P5 bis P9 überlappt, gedimmt oder ausgeschaltet. Somit wird der Beleuchtungsbereich, zu dem das Frontfahrzeug gehört, selektiv von dem Licht abgeschirmt, um ein Blenden des Frontfahrzeugs zu verhindern, während die ADB-Lichtverteilung mit verbesserter Sichtbarkeit in anderen Beleuchtungsbereichen durchgeführt wird.
Ferner beträgt in der Projektionslinse 4 der ersten Ausführungsform eine relative Dichte des Harzes, das die erste Linse 41 und die zweite Linse 42 bildet, hier eine relative Dichte von PMMA und PC etwa 1,2 (g/cm³), was etwa 1/2 einer spezifischen Dichte (2,0 (g/cm³)) des Glases der dritten Linse entspricht. Daher kann das Gewicht der Projektionslinse 4 im Vergleich zu einer Projektionslinse reduziert werden, bei der die erste Linse 41 und die zweite Linse 42 aus Glas gebildet sind. Ferner können die Kosten gesenkt werden. Der Grund, weshalb die dritte Linse 43 aus Glas gebildet ist, ist die Verbesserung der Abbildungsleistung der Projektionslinse 4, wie später beschrieben wird.
Hier ist unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur der Projektionslinse 4, wenn der Scheinwerfers HL ausgeschaltet ist, eine Temperatur der Projektionslinse 4 im Wesentlichen gleich einer Außenlufttemperatur, die etwa 0°C bis 40°C beträgt. Wenn der Scheinwerfer HL eingeschaltet ist, erhöht sich die Temperatur der Projektionslinse 4 durch die in den LED-Chips 301 bis 309 erzeugte Wärmeentwicklung auf ca. 80°C.
In der Projektionslinse 4 der Ausführungsform beträgt der thermische Ausdehnungskoeffizient von PMMA der ersten Linse 41 etwa 4,7×10^-5/°C bis 7×10^-5/°C und der thermische Ausdehnungskoeffizient von PC der zweiten Linse 42 etwa 5,6×10^-5/°C. Ein thermischer Ausdehnungskoeffizient von N-BK7 der dritten Linse 43 beträgt etwa 30×10^-7/°C.
Wenn also die erste Linse 41 und die zweite Linse 42 aufgrund von thermischer Ausdehnung verformt werden, ändert sich die Brechkraft der ersten Linse 41 und der zweiten Linse 42, und es gibt ein Problem mit der Aberration in der Projektionslinse 4. Da die dritte Linse 43 aus Glas gebildet ist und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der etwa zwei Größenordnungen kleiner ist als der von Harz, kann der Einfluss auf die Brechkraft durch die Temperaturänderung der Projektionslinse 4 vernachlässigt werden.
Daher berücksichtigten die Erfinder der vorliegenden Anmeldung den Einfluss der Änderung der Brechkraft der ersten Linse 41 und der zweiten Linse 42, die aus Harz gebildet sind, auf die Abbildungsleistung der Projektionslinse 4. Insbesondere wurde eine Korrelation zwischen einem Verhältnis einer gesamten Brechkraft der ersten Linse 41 und der zweiten Linse 42 zu einer Brechkraft der gesamten Projektionslinse 4 und der Abbildungsleistung der Projektionslinse 4 untersucht. Das heißt, es wurde ein Brechkraftverhältnis R einer gesamten Brechkraft P_1, ₂ der ersten Linse 41 und der zweiten Linse 42 zu einer Brechkraft Pt der gesamten Projektionslinse 4 berechnet und die Temperaturabhängigkeit des Brechkraftverhältnisses R (=P_1, ₂/Pt) und der Abbildungsleistung in der Projektionslinse 4 untersucht.
Wenn die positive Brechkraft der ersten Linse 41 auf (+P1) und die negative Brechkraft der zweiten Linse 42 auf (-P2) eingestellt wurde, ist die gesamte BrechkraftP_1/2 der ersten Linse 41 und der zweiten Linse 42P_1, ₂ = P1 - P2. Wenn eine Brennweite der ersten Linse 41 auf (+f1) und eine Brennweite der zweiten Linse 42 auf (-f2) eingestellt ist, ist die Brechkraft P1 der ersten Linse 41 (+1/f1) und die Brechkraft P2 der zweiten Linse 42 (-1/f2), so dass die gesamte Brechkraft P_1, ₂ als P_1, ₂ = (1/f1) - (1/f2) berechnet wird.
Wenn die positive Brechkraft der dritten Linse 43 auf (+P3) eingestellt ist, ist die Brechkraft Pt der gesamten Projektionslinse 4 Pt = P1 - P2 + P3. Das heißt, wenn die Brennweite der dritten Linse 43 auf (+f3) eingestellt ist, ist Pt = (1/f1) - (1/f2) + (1/f3).
Um die Temperaturabhängigkeit der Abbildungsleistung der Projektionsobjektive 4 bei Änderung des Brechkraftverhältnisses R zu evaluieren, wurde ferner die Änderungsrate der Brennweite gemessen, die eng mit der Aberration verbunden ist. Die Ergebnisse sind in 5 dargestellt. Die Abszisse ist das Brechkraftverhältnis R, und die Ordinate ist die Rate (%) der Änderung der Brennweite. Für die Projektionslinse, die so gestaltet ist, dass das Brechkraftverhältnis R 1/6, 1/3 und 1/2 beträgt, wurde die Änderungsrate der Brennweite bei einer Temperaturänderung um 40°C gemessen. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass die Änderungsrate mit zunehmenden Brechkraftverhältnis R zunimmt, aber um die Änderungsrate der Brennweite, die die Punktform als Abbildungsleistung wesentlich beeinflusst, auf 0,1 (%) oder weniger einzustellen, wird das Brechkraftverhältnis R vorzugsweise auf R<1/3 eingestellt.
Daher ist in der ersten Ausführungsform das Brechkraftverhältnis R der gesamten Brechkraft P_1, ₂ der ersten Linse 41 und der zweiten Linse 42 zu der Brechkraft Pt der gesamten Projektionslinse 4 so gesaktet, dass es R<1/3 erfüllt. Das heißt, R = (P_1, ₂/Pt) < 1/3.
Um diese obenstehende Beziehung zu realisieren, sind in der Projektionslinse 4 der ersten Ausführungsform die Formen der ersten Linse 41 und der zweiten Linse 42, die aus Harz gebildet sind, d.h. die erste Oberfläche S1 zur vierten Oberfläche S4 als asphärische Oberflächen, wie in 3 dargestellt, ausgebildet, und die Brennweite der ersten Linse 41 und die Brennweite der zweiten Linse 42 sind im Wesentlichen gleich zueinander. Da also die Brennweite f1 der ersten Linse 41 und die Brennweite f2 der zweiten Linse 42 im Wesentlichen gleich zueinander sind, hat die gesamte Brechkraft P_{1, 2} einen kleinen Wert nahe „0“. Daher kann die gesamte Brechkraft P_1, ₂ der ersten Linse 41 und der zweiten Linse 42 im Verhältnis zur Brechkraft Pt der gesamten Projektionslinse 4 extrem klein sein, und es ist einfach, das Brechkraftverhältnis R so zu gestalten, dass es kleiner als 1/3 ist.
In der Projektionslinse 4 der ersten Ausführungsform sind die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von jedem Harz, das die erste Linse 41 und die zweite Linse 42 konfiguriert, im Wesentlichen gleich zueinander. Daher ändern sich die Brechkräfte der ersten Linse und der zweiten Linse entsprechend der Temperaturänderung in entgegengesetzte Richtungen, und die gesamte Brechkraft P_1, ₂ wird auch durch die Temperaturänderung nicht sehr stark verändert. Somit lässt sich das Brechkraftverhältnis R leicht unter einem Wert von weniger als 1/3 halten.
Auch wenn die Art des Harzes, das die erste Linse 41 und die zweite Linse 42 bildet, unterschiedlich ist und die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Harzes bis zu einem gewissen Grad unterschiedlich sind, ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Harzes im Vergleich zum thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glases naturgemäß sehr groß, so dass ein Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten vernachlässigt werden kann. Somit kann auch in diesem Fall der oben beschriebene Effekt der Verbesserung der Temperaturabhängigkeit erreicht werden. Wenn die erste Linse 41 und die zweite Linse 42 aus Harz mit gleichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet sind, kann die Temperaturabhängigkeit weiter verbessert werden.
6A zeigt die Punktform als Abbildungsleistung der Projektionslinse 4 der ersten Ausführungsform, die von den Erfindern simuliert wurde. In der Projektionslinse 4 der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform sind die erste Linse 41 und die zweite Linse 42 aus Harz gebildet und die dritte Linse 43 ist aus Glas gebildet. Die gesamte Brechkraft der ersten Linse 41 und der zweiten Linse 42 ist auf einen kleinen Wert nahe „0“ eingestellt, und das Brechkraftverhältnis R ist so gestaltet, dass es die Bedingung von R<1/3 erfüllt.
6B ist ein Simulationsdiagramm einer Projektionslinse als Vergleichsbeispiel, in dem die erste Linse 41 bis zur dritten Linse 43 alle aus Harz gebildet sind, auch wenn sie eine ähnliche Linsenkonfiguration wie die Projektionslinse 4 der ersten Ausführungsform aufweisen. Die Verformung durch thermische Ausdehnung ist bei allen von der ersten Linse bis zur dritten Linse signifikant, und das Brechkraftverhältnis R erfüllt nicht die Bedingung von R<1/3.
Lichtstrahlen mit einem erforderlichen Durchmesser treten ein, von der Seite der erste Linse 41 bis zur Projektionslinse 4 dieser Ausführungsform und der Projektionslinse des Vergleichsbeispiels, um einen Punkt zu bilden. Ferner werden alle Brennweiten, Root Mean Square (RMS)-Radien und die Änderung der Punktform bei einer Änderung der Temperatur der Projektionslinse auf 0°C, 20°C, 40°C und 80°C erhalten. Die RMS-Radien werden erhalten wenn ein Winkel zur optischen Achse 0° und 10° beträgt. Beim Vergleich der Änderung der Brennweite, der Änderung der Punktform und des RMS-Radiuswertes bei jeder Temperatur wird bestimmt, dass die Temperaturabhängigkeit der Punktform der Projektionslinse der Ausführungsform in 6A kleiner ist als die der Projektionslinse des Vergleichsbeispiels von 6B.
Die Brechkraft Pt der gesamten Projektionslinse 4 der in 6A dargestellten ersten Ausführungsform beträgt 0,175, und die gesamte Brechkraft P₁, ₂ der ersten Linse 41 und der zweiten Linse 42 beträgt 0,002. Daher beträgt das Brechkraftverhältnis R etwa 1/80, was die obige Bedingung von R<1/3 erfüllt. In einem Fall, in dem das Brechkraftverhältnis R 1/80 beträgt, wie aus 5 ersichtlich ist, kann die Änderungsrate der Brennweite auf 0,08 (%) oder weniger verbessert werden.
Ein Bereich des Wertes des Brechkraftverhältnisses R entspricht einem Fall, in dem die Änderungsrate der Brennweite wie vorstehend beschrieben auf 0,1 (%) oder weniger eingestellt ist, und der Wert des Brechkraftverhältnisses R wird in einem Fall, in dem die (Anforderung an die) Änderungsrate der Brennweite strenger ist, auf einen kleineren Bereich eingestellt. Im Gegenteil, ist es in einem Fall, in dem die (Anforderung an die) Änderungsrate der Brennweite gelockert werden kann, selbstverständlich, dass der Wert des Brechkraftverhältnisses R auf einen größeren Bereich eingestellt werden kann. In einem weiteren strengeren Fall, wie aus 5 ersichtlich ist, kann beispielsweise, wenn das Brechkraftverhältnis R auf R<1/6 eingestellt ist, die Änderungsrate der Brennweite auf nahezu 0,08 (%) verbessert werden.
In der ersten Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, in dem die alle von der ersten bis zu der sechsten Oberfläche als asphärische Oberflächen ausgebildet sind, aber in der vorliegenden Erfindung genügt es, dass mindestens die erste Oberfläche bis zur fünften Oberfläche asphärische Oberflächen sind, und die sechste Oberfläche kann eine sphärische Oberfläche sein. Die vorliegende Erfindung kann auch auf einen Fall angewendet werden, in dem die konvexen Linsen der ersten Linse und der dritten Linse und die konkave Linse der zweiten Linse Meniskuslinsen sind, deren beide Oberflächen in die gleiche Richtung gekrümmt sind.
7 ist ein Diagramm einer Linsenkonfiguration einer Projektionslinse 4A einer zweiten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform ist die Projektionslinse durch vier Linsen ausgebildet. Das heißt, die Projektionslinse ist, in der Reihenfolge von einer Leuchtenvorderseite aus, durch eine erste Linse 41, die eine konvexe Linse mit positiver Brechkraft ist, eine zweite Linse 42, die eine konkave Linse mit negativer Brechkraft ist, und eine dritte Linse 43 und eine vierte Linse 44 konfiguriert, von denen jede eine konvexe Linse mit positiver Brechkraft ist. Die Oberflächen S1 bis S6 sind ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, und die Oberflächen S7 und S8 stellen eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche der vierten Linse 44 dar.
8 ist ein Diagramm, das die Oberflächenkonfiguration der Projektionslinse 4A der zweiten Ausführungsform und eine Entwurfsformel und deren Entwurfswerte darstellt. In der Projektionslinse 4A sind die ersten und zweiten Linsen 41, 42 aus Harz und die dritten und vierten Linsen 43, 44 aus Glas gebildet. Ferner ist in der zweiten Ausführungsform ein Brechkraftverhältnis R einer gesamten Brechkraft P_1, ₂ der ersten Linse 41 und der zweiten Linse 42 zu einer Brechkraft Pt der gesamten Projektionslinse 4A, aufweisend die erste Linse 41 bis zur vierten Linse 44, als 1/6 gestaltet. Das heißt, R (=1/6) < 1/3, was die in der ersten Ausführungsform beschriebene Bedingung, R = (P₁, ₂/Pt) < 1/3 erfüllt.
In der Projektionslinse 4A der zweiten Ausführungsform wurde die Temperaturabhängigkeit der Abbildungsleistung, bei Variation des Brechkraftverhältnisses R evaluiert und das gleiche Ergebnis wie bei der in 5 dargestellten ersten Ausführungsform erhalten. Dementsprechend wurde festgestellt, dass es auch vorzuziehen ist, das Brechkraftverhältnis R so einzustellen, dass es R<1/3 entspricht, um die Änderungsrate der Brennweite auf 0,1 (%) oder weniger in der Projektionslinse 4A der zweiten Ausführungsform einzustellen.
9 ist ein Simulationsdiagramm, das eine Änderung der Punktform durch Temperaturänderung der Projektionslinse 4A der zweiten Ausführungsform darstellt. Es wurde festgestellt, dass die Temperaturabhängigkeit der Punktform auch in der Projektionslinse gering ist, ähnlich wie bei der Projektionslinse der ersten Ausführungsform in 6A.
Gemäß der Prüfung der Erfinder kann, wenn eine Projektionslinse zwei oder mehrere Harzlinsen und eine oder mehrere Glaslinsen aufweist, und ein Brechkraftverhältnis R (=Pr/Pt) einer gesamten Brechkraft Pr der Harzlinsen und eine Brechkraft Pt der gesamten Projektionslinse 4 aufweisend die Harzlinsen und die Glaslinsen eine Bedingung von R<1/3 erfüllt, eine betriebsmäßiger Effekt (englisch operational effect) erzielt werden, der ähnlich wie die erste und zweite Ausführungsform ist.
Hier ist in dem Scheinwerfer der Ausführungsformen ein Beispiel dargestellt, bei dem die Lichtquelle neun LED-Chips zum Ausbilden der ADB-Lichtverteilung aufweist. Sie ist jedoch nicht auf die ADB-Lichtverteilung, die Anzahl der LED-Chips, und die Anzahl der Beleuchtungsbereiche beschränkt und ferner kann eine Musterform jedes Beleuchtungsbereichs beliebig eingestellt werden. Das erfinderische Konzept der vorliegenden Erfindung kann auch auf eine Leuchte angewendet werden, die ein MEMS-Spiegelarray (MEMS: mikro-elektromechanisches System, aus dem Englischen micro electro mechanical systems) als eine Lichtquelle verwendet. Ferner kann das erfinderische Konzept der vorliegenden Erfindung nicht nur auf ein optisches System angewendet werden, das das Licht der Lichtquelle direkt projiziert, sondern auch auf eine Leuchte, die ein optisches Abtastsystem durch reflektiertes Licht eines Drehspiegels und eines Schwenkspiegels verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018029344 [0001]
JP 2017016928 A [0006]
JP H868935 A [0008]

Claims

Fahrzeugleuchte, aufweisend: eine Lichtquelle; und eine Projektionslinse, die dazu eingerichtet ist, das von der Lichtquelle emittierte Licht zu projizieren, wobei die Projektionslinse zwei oder mehr Harzlinsen und eine oder mehr Glaslinsen aufweist, und ein Brechkraftverhältnis R (=Pr/Pt) einer gesamten Brechkraft Pr der Harzlinsen zu einer Brechkraft Pt der gesamten Projektionslinse eine Beziehung von R<1/3 erfüllt.
Fahrzeugleuchte nach Anspruch 1, bei der die Projektionslinse durch eine Triplett-Linse konfiguriert ist, die in der Reihenfolge von einer Seite aus, die der Lichtquelle gegenüberliegt, eine erste Linse mit einer positiven Brechkraft, eine zweite Linse mit einer negativen Brechkraft und eine dritte Linse mit einer positiven Brechkraft aufweist, wobei die erste Linse und die zweite Linse aus Harz gebildet sind und die dritte Linse aus Glas gebildet ist.
Fahrzeugleuchte nach Anspruch 1, bei der die Projektionslinse in der Reihenfolge von einer Seite aus, die der Lichtquelle gegenüberliegt, eine erste Linse mit einer positiven Brechkraft, eine zweite Linse mit einer negativen Brechkraft, eine dritte Linse mit einer positiven Brechkraft und eine vierte Linse mit einer positiven Brechkraft aufweist, wobei die erste Linse und die zweite Linse aus Harz gebildet sind, und die dritte Linse und die vierte Linse aus Glas gebildet sind.
Fahrzeugleuchte nach Anspruch 2 oder 3, bei der die erste Linse und die zweite Linse aus Harz gebildet sind, die im Wesentlichen den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Fahrzeugleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der Licht von der Lichtquelle projiziert wird und eine ADB-Lichtverteilungssteuerung durchgeführt wird.