JP6383569B2

JP6383569B2 - 車両用灯具

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Publication number: JP6383569B2
Application number: JP2014107158A
Authority: JP
Inventors: 隆之八木
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-05-23
Also published as: FR3021393B1; JP2015222687A; FR3021393A1; DE102015209194A1

Description

本発明は、車両用灯具に関し、特にＭＥＭＳ(micro electro mechanical systems)ミラーアレイ等の二次元画像表示装置を用いた車両用灯具に関する。

従来より、光源と、光源からの光を反射することによって配光を制御するＭＥＭＳミラーアレイと、該ＭＥＭＳミラーアレイからの光を前方に投影する投影レンズとを備えた車両用灯具が知られている。この車両用灯具は、ＭＥＭＳミラーアレイが備える複数のマイクロミラーのそれぞれをオン／オフ制御することで、所望の配光パターンを形成している。

特開２０１２−１９０５９４号公報

しかしながら、二次元画像表示装置の画像をレンズ光学系で投影する場合、灯具前方に形成される配光パターンに色収差が生じる可能性がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次元画像表示装置を用いた車両用灯具において、配光パターンの色収差を防止する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用灯具は、二次元画像表示装置と、二次元画像表示装置からの光を灯具前方に投影する投影レンズ群とを備える。投影レンズ群は、二次元画像表示装置側に配置された第１レンズと、第１レンズよりも像側に配置された第２レンズとを備える。第１レンズと第２レンズとの間には間隙が設けられており、第１レンズと第２レンズは、互いにアッベ数が異なる。

第１レンズの屈折率は、第２レンズの屈折率よりも高くてもよい。第１レンズのアッベ数は、第２レンズのアッベ数よりも低くてもよい。

第１レンズと第２レンズとの間の間隙は、光軸上で２４ｍｍ以下であってもよい。

第１レンズと第２レンズの入射面および出射面は、非球面から構成されてもよい。

第１レンズの出射面の最大半径Ｃと、第１レンズの軸上の厚さＤの比率Ｄ／Ｃは、０．５以上であってもよい。

第１レンズと第２レンズの入射面および出射面は、二次元画像表示装置に形成された画像が水平方向に引き伸ばされて投影されるよう形成された自由曲面から構成されてもよい。

第１レンズの出射面の最大半径Ｃと、第１レンズの軸上の厚さＤの比率Ｄ／Ｃは、０．７５以上であってもよい。

本発明によれば、二次元画像表示装置を用いた車両用灯具において、配光パターンの色収差を防止することができる。

本発明の実施形態に係る車両用灯具の概略構造を示す鉛直断面図である。第１実施例に係る投影レンズ群の概略鉛直断面図である。第１実施例に係る投影レンズ群の第１面〜第４面それぞれにおける曲率、コーニック定数、非球面係数を示す図である。第２実施例に係る投影レンズ群の概略鉛直断面図である。第２実施例に係る投影レンズ群の第１面〜第４面それぞれにおける曲率、コーニック定数、非球面係数を示す図である。図６（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１実施例に係る投影レンズ群を用いて投影されたパターンの一例を説明するための図である。第３実施例に係る投影レンズ群の概略斜視図である。第３実施例に係る投影レンズ群の概略側面図である。第３実施例に係る投影レンズ群の概略上面図である。第３実施例に係る投影レンズ群の概略鉛直断面図である。第３実施例に係る投影レンズ群の概略水平断面図である。第３実施例に係る投影レンズ群の第１面〜第４面それぞれにおける自由球面係数を示す図である。図１３（ａ）および（ｂ）は、本発明の第３実施例に係る投影レンズ群を用いて投影されたパターンの一例を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る車両用灯具について詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用灯具の概略構造を示す鉛直断面図である。本実施形態に係る車両用灯具１は、車両前方の左右に配置される一対の前照灯ユニットを有する車両用前照灯装置である。一対の前照灯ユニットは左右対称の構造を有する点以外は実質的に同一の構成であるため、図１には車両用灯具１として一方の前照灯ユニットの構造を示す。

車両用灯具１は、車両前方側に開口部を有するランプボディ２と、ランプボディ２の開口部を覆うように取り付けられた透光カバー４とを備える。透光カバー４は、透光性を有する樹脂やガラス等で形成される。ランプボディ２と透光カバー４とにより形成される灯室３内には、光源１０と、リフレクタ１２と、二次元画像表示装置１４と、投影レンズ群２０とが収容される。各構成要素は、図示しない支持機構によりランプボディ２に取り付けられる。

光源１０は、ＬＥＤ、半導体レーザ、バルブなどであってよい。光源１０は、リフレクタ１２に向けて光を照射するよう配置される。リフレクタ１２は、曲面状の反射面１２ａを有する。リフレクタ１２は、光源１０からの光を二次元画像表示装置１４に向けて反射する。なお、リフレクタ１２は必須ではなく、光源１０からの光が直接に二次元画像表示装置１４に照射されるよう構成されてもよい。

本実施形態の二次元画像表示装置１４は、ＭＥＭＳミラーアレイである。二次元画像表示装置１４は、複数のマイクロミラー（図１には３つのマイクロミラー１４ａ〜１４ｃを示す、以下では総称する場合は「マイクロミラー１４」と呼ぶ）がアレイ状に配列されたものである。

各マイクロミラー１４は、制御部６０からの制御信号に応じてその傾斜角度を変えることにより、リフレクタ１２からの光を灯具前方に位置する投影レンズ群２０に向けて反射する状態（以下「オン状態」と呼ぶ）と、光源１０からの光を投影レンズ群２０から外れるように反射する状態（以下「オフ状態」と呼ぶ）とを個別に切り替え可能である。各マイクロミラー１４の傾斜角を変えることで二次元画像表示装置１４は二次元画像を表示することができる。例えば図１において、マイクロミラー１４ａ、１４ｂはオン状態にある。オン状態にあるマイクロミラー１４ａ、１４ｂにより灯具前方に反射した光Ｌ１、Ｌ２は、投影レンズ群２０に入射する。

投影レンズ群２０は、その光軸Ａｘが灯具前方を向くとともに、その後側焦点が二次元画像表示装置１４の像形成面の中心に位置するように配置される。投影レンズ群２０は、二次元画像表示装置１４により表示された二次元画像を、反転像として灯具前方に投影する。

本実施形態において、光源１０からの光の出射強度調節、二次元画像表示装置１４の各マイクロミラーの傾斜角度の制御は、制御部６０によりなされる。制御部６０は、ハードウェア構成としてはコンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や回路で実現され、ソフトウェア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現される。なお、制御部６０は、図１では灯室３外に設けられているが、灯室３内に設けられてもよい。制御部６０は、撮像装置６２に接続された画像処理装置６１、図示しないライトスイッチ等からの信号を受信する。そして、制御部６０は、受信した信号に応じて、光源１０および二次元画像表示装置１４に各種の制御信号を送信する。

撮像装置６２は、灯具前方を撮像するよう配置される。画像処理装置６１は、撮像装置６２で撮像された画像データを取得し、画像処理を施す。これにより、画像処理装置６１は、画像データ中に含まれる車両、歩行者、レーンマーク等を特定し、これらの位置を検出する。これらを特定する技術や位置を検出する技術は公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。検出された位置情報は制御部６０に送られる。これらの位置情報を使用して、制御部６０はマイクロミラー１４の傾斜角度を制御し、二次元画像表示装置１４に所望の二次元画像を形成させる。

次に、本実施形態に係る車両用灯具１で用いる投影レンズ群２０について詳細に説明する。この投影レンズ群２０は、二次元画像表示装置１４側に配置された第１レンズ２１と、第１レンズ２１よりも投影像側に配置された第２レンズ２２から構成される。第１レンズ２１は、入射面２１ａと、出射面２１ｂとを備える。第２レンズ２２は、入射面２２ａと、出射面２２ｂとを備える。第１レンズ２１の入射面２１ａは、二次元画像表示装置１４に対向している。第１レンズ２１の出射面２１ｂは、第２レンズ２２の入射面２２ａと対向している。第２レンズ２２の出射面２２ｂは、灯具前方に向けられている。

本実施形態に係る車両用灯具１において、第１レンズ２１と第２レンズ２２は、互いに屈折率の波長依存性を表すアッベ数が異なる。より詳細には、第１レンズ２１のアッベ数は、第２レンズ２２のアッベ数よりも低い（すなわち、第１レンズ２１の分散は第２レンズ２２よりも高い）。また、第１レンズ２１と第２レンズ２２は、互いに屈折率が異なる。より詳細には、第１レンズ２１の屈折率は、第２レンズ２２の屈折率よりも高い。まとめると、第１レンズ２１は、相対的に高屈折・高分散の材料から形成され、第２レンズ２２は、相対的に低屈折・低分散の材料から形成される。例えば、第１レンズ２１の材料として高屈折・高分散のポリカーボネート樹脂を選択し、第２レンズ２２の材料として低屈折・低分散のアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を選択することができる。あるいは、第１レンズ２１の材料として高屈折・高分散の重フリントガラス（例えばＳＦ２）を選択し、第２レンズ２２の材料として低屈折・低分散のクラウンガラス（例えばＢＫ７）を選択することができる。さらに樹脂とガラスの両方を選択することも可能である。例えば、第１レンズ２１の材料が樹脂、第２レンズ２２の材料がガラスという組み合わせや、第１レンズ２１の材料がガラス、第２レンズ２２の材料が樹脂という組み合わせも可能である。

このように、本実施形態に係る車両用灯具１では、互いにアッベ数が異なる第１レンズ２１と第２レンズ２２を組み合わせて用いることにより、第１レンズ２１と第２レンズ２２のそれぞれに起因する色収差が互いに打ち消し合うように作用するので、灯具前方に投影される配光パターンの色収差を防止することができる。

また、本実施形態に係る車両用灯具１では、第１レンズ２１と第２レンズ２２との間には間隙２３が設けられている。このように第１レンズ２１と第２レンズ２２との間には間隙２３を設けることにより、投影レンズ群２０にレンズ面を４面とることができる。このようにレンズ面を４面確保することにより、例えば第１レンズと第２レンズと当接した場合（レンズ面は実質的に３面）と比較して、レンズ光学系の設計自由度を高めることができる。以下においては、入射面２１ａ、出射面２１ｂ、入射面２２ａ、出射面２２ｂを、それぞれ第１面２１ａ、第２面２１ｂ、第３面２２ａ、第４面２２ｂとも呼ぶ。

さらに、本実施形態に係る車両用灯具１では、二次元画像表示装置１４と投影レンズ群２０とが所定距離（例えば２０ｍｍ）以上離間している。このように二次元画像表示装置１４と投影レンズ群２０とを離間させることにより、リフレクタ１２で反射した光を好適に二次元画像表示装置１４に入射させることができる。

以下、投影レンズ群２０の実施例について説明する。

（第１実施例）
図２は、第１実施例に係る投影レンズ群２０の概略鉛直断面図である。この第１実施例に係る投影レンズ群２０は、二次元画像表示装置１４により形成された画像の縦横比を維持したまま、灯具前方に投影するよう構成されている。第１実施例に係る投影レンズ群２０では、第１面〜第４面は、以下に示す非球面式（１）で規定される。
ここで、ｒは光軸Ａｘからの距離、ｃは曲率、ｋはコーニック定数、α_１，α_２・・・は非球面係数である。図３は、第１実施例に係る投影レンズ群２０の第１面〜第４面それぞれにおける曲率ｃ、コーニック定数ｋ、非球面係数α_１〜α_５を示す。なお、本実施例ではｒの１０次までを考慮しているが、さらに高次の項を加えてもよい。

第１実施例に係る投影レンズ群２０において、第１レンズ２１の出射面（第２面）２１ｂの最大半径Ｃと、第１レンズ２１の光軸上の厚さＤの比率Ｄ／Ｃは、０．９３３４である。

第１実施例に係る投影レンズ群２０において、フラウンホーファーのＦ線（４８６ｎｍ）とＣ線（６５６ｎｍ）に対する焦点位置のズレ量の、焦点距離に対する比率は、０．０７％であった。通常の一枚レンズでは、この比率は１．５％〜２％である。これから、本第１実施例は、色収差を防止できていることが分かる。

（第２実施例）
図４は、第２実施例に係る投影レンズ群２０の概略鉛直断面図である。この第２実施例に係る投影レンズ群２０も、二次元画像表示装置１４により形成された像の縦横比を維持したまた、灯具前方に投影するよう構成されている。第２実施例に係る投影レンズ群２０においても、第１〜第４面は上記の非球面式（１）で規定される。図５は、第２実施例に係る投影レンズ群２０の第１面〜第４面それぞれにおける曲率ｃ、コーニック定数ｋ、非球面係数α_１〜α_５を示す。

第２実施例に係る投影レンズ群２０において、第１レンズ２１の出射面（第２面）２１ｂの最大半径Ｃと、第１レンズ２１の光軸上の厚さＤの比率Ｄ／Ｃは、０．８１７７である。

第２実施例に係る投影レンズ群２０において、フラウンホーファーのＦ線（４８６ｎｍ）とＣ線（６５６ｎｍ）に対する焦点位置の、ズレ量の焦点距離に対する比率は、０．０７％であった。これから、本第２実施例においても、色収差を防止できていることが分かる。

上記第１および第２実施例のように投影レンズ群２０の第１面〜第４面を非球面式（１）で規定する場合、第２面２１ｂの最大半径Ｃと、第１レンズ２１の光軸上の厚さＤの比率Ｄ／Ｃは、０．５以上とすることが好ましい。

図６（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１実施例に係る投影レンズ群を用いて投影されたパターンの一例を説明するための図である。図６（ａ）は、比較例として一枚の投影レンズを用いて投影された市松模様パターンを示す。図６（ｂ）は、本第１実施例に係る投影レンズ群を用いて投影された市松模様パターンを示す。図６（ａ）に示すように、比較例に係る投影パターンでは収差が発生して市松模様パターンがぼやけているが、図６（ｂ）に示すように、本第１実施例に係る投影パターンでは収差が抑制されて鮮明な市松模様パターンが投影されていることが分かる。

（第３実施例）
図７は、第３実施例に係る投影レンズ群２０の概略斜視図である。図８は、第３実施例に係る投影レンズ群２０の概略側面図である。図９は、第３実施例に係る投影レンズ群２０の概略上面図である。図１０は、第３実施例に係る投影レンズ群２０の概略鉛直断面図である。図１１は、第３実施例に係る投影レンズ群２０の概略水平断面図である。この第３実施例に係る投影レンズ群２０は、二次元画像表示装置１４により形成された像の縦横比を変えて灯具前方に投影するよう構成されている。

第３実施例に係る投影レンズ群２０の第１面〜第４面は、二次元画像表示装置１４に形成された画像が水平方向に引き伸ばされて投影されるよう形成された自由曲面から構成される。以下に、第１面〜第４面を規定する自由曲面式（２）を示す。
ここで、α_１，α_２・・・は自由曲面係数である。図１２は、第３実施例に係る投影レンズ群２０の第１面〜第４面それぞれにおける自由球面係数α_１〜α_２０を示す。なお、本実施例ではｘ、ｙの１０次までを考慮しているが、さらに高次の項を加えてもよい。

第３実施例に係る投影レンズ群２０において、第１レンズ２１の出射面（第２面）２１ｂの最大半径Ｃと、第１レンズ２１の光軸上の厚さＤの比率Ｄ／Ｃは、０．８２である。本第３実施例のように、投影レンズ群２０の第１面〜第４面を自由曲面式（２）で規定する場合、第２面２１ｂの最大半径Ｃと、第１レンズ２１の光軸上の厚さＤの比率Ｄ／Ｃは、０．７５以上とすることが好ましい。

第３実施例に係る投影レンズ群２０において、フラウンホーファーのＦ線（４８６ｎｍ）とＣ線（６５６ｎｍ）に対する焦点位置のズレ量の、焦点距離に対する比率は、０．１３％であった。これから、本第３実施例においても、色収差を防止できていることが分かる。

図１３（ａ）および（ｂ）は、本発明の第３実施例に係る投影レンズ群を用いて投影されたパターンの一例を説明するための図である。図１３（ａ）は、比較例として一枚の投影レンズを用いて投影された市松模様パターンを示す。図１３（ｂ）は、本第３実施例に係る投影レンズ群を用いて投影された市松模様パターンを示す。図１３（ａ）に示すように、比較例に係る投影パターンでは収差が発生して市松模様パターンがぼやけているが、図１３（ｂ）に示すように、本第３実施例に係る投影パターンでは収差が抑制されて鮮明な市松模様パターンが投影されていることが分かる。さらに、本第３実施例に係る投影パターンでは、市松模様パターンが水平方向に引き伸ばされて投影されていることが分かる。

ＭＥＭＳミラーアレイは、縦横比が４：３や１６：９であるものが多い。従って、このような縦横比のＭＥＭＳミラーアレイを、横方向の長さが縦方向の長さに比べて極端に長い配光パターンを形成する車両用灯具に用いた場合、ＭＥＭＳミラーアレイの一部のμミラーはパターンの形成に利用することができず、無駄となる。しかしながら、本第３実施例に係る投影レンズ群２０を用いて二次元画像表示装置１４に形成された画像を水平方向に引き伸ばして投影することで、ＭＥＭＳミラーアレイの全てのマイクロミラーをパターン形成に有効活用することができる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、上述の実施形態では、二次元画像表示装置として複数のマイクロミラーを備えるＭＥＭＳミラーアレイを例示したが、二次元画像表示装置はＭＥＭＳミラーアレイに限定されず、例えば複数の可動リボンを備える回折型ＭＥＭＳアレイや、液晶パネルなどであってもよい。

１車両用灯具、２ランプボディ、３灯室、４透光カバー、１０光源、１２リフレクタ、１４二次元画像表示装置、２０投影レンズ群、２１第１レンズ、２２第２レンズ、２３間隙。

Claims

光源と、
前記光源からの光を反射するリフレクタと、
前記リフレクタからの光を反射可能に構成される二次元画像表示装置と、
前記二次元画像表示装置からの光を灯具前方に投影する投影レンズ群と、
を備える車両用灯具であって、
前記投影レンズ群は、前記二次元画像表示装置側に配置された第１レンズと、前記第１レンズよりも像側に配置された第２レンズと、から成り、
前記第１レンズと前記第２レンズとの間には間隙が設けられており、
前記第１レンズと前記第２レンズは、互いにアッベ数が異なり、
前記第１レンズと前記第２レンズの入射面および出射面は、非球面から構成され、
前記二次元画像表示装置と前記第１レンズの入射面とが２０ｍｍ以上離間していることを特徴とする車両用灯具。
前記第１レンズの屈折率は、前記第２レンズの屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
前記第１レンズのアッベ数は、前記第２レンズのアッベ数よりも低いことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
前記第１レンズと前記第２レンズとの間の間隙は、光軸上で２４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。