WO2017199841A1 - プロジェクタ型前照灯 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a projector type headlamp.
- a light distribution pattern of a passing beam is formed by a projection lens having a diffraction grating on one surface
- a light beam is generated above the cutoff line of the light distribution pattern on the virtual screen by the zero-order light of the diffraction grating.
- the light intensity at that location may increase and fail to meet regulations.
- the problem of the present invention is that, on the virtual screen, the light intensity of the light distribution pattern of the passing beam does not increase above the cut-off line, and the color blurs mainly in the vicinity of the light / dark boundary line at the periphery of the light distribution pattern of the traveling beam. It is an object of the present invention to provide a projector-type headlamp that reduces the amount of light.
- a projector-type headlamp includes a projection lens disposed on an optical axis extending in the vehicle front-rear direction and a light source unit disposed on the rear side of the rear focal plane of the projection lens.
- This is a projector-type headlamp that forms a light distribution pattern of a beam and a passing beam with the same projection lens.
- the projection lens is composed of two resin lenses arranged on the optical axis, and the light source unit is irradiated forward through the two resin lenses and includes a light / dark boundary line.
- the light source image for forming the light source side is formed on the rear focal plane of the projection lens or in the vicinity thereof, and the light source side resin lens disposed near the light source unit of the two resin lenses.
- a diffraction grating is provided on at least a part of the lens surface on the side opposite to the light source, the lens surface on the light source side of the light source side resin lens has a positive power, and the diffraction grating includes the two resin sheets.
- the diffraction grating includes the two resin sheets. Designed to cancel chromatic aberration of light from the light source unit irradiated forward through the lens, with the intersection of the optical axis and a surface perpendicular to the optical axis as the origin, the horizontal direction on the surface X-axis and vertical direction
- the y-axis of the light source side resin lens, the maximum value of the y coordinate on the surface opposite to the light source side of the light source side resin lens is R1, and A is a constant that is greater than or equal to 0 and smaller than 1.
- the region of y ⁇ A ⁇ R1 is composed of a curved surface or plane having continuity, at least partially provided with a diffraction grating, and the region of y ⁇ A ⁇ R1 is a curved surface or plane of the continuity. It has a larger power than the power and is composed of another curved surface not provided with a diffraction grating.
- the maximum value of the y coordinate on the surface of the light source side resin lens on the side opposite to the light source is R1
- A is a constant greater than or equal to 0 and smaller than 1
- the region of y ⁇ A ⁇ R1 on the side lens surface is configured by a curved surface or plane having continuity, at least partially provided with a diffraction grating, and the region of y ⁇ A ⁇ R1 is a curved surface having the continuity.
- the light beam that reaches the vicinity of the cut-off line of the light distribution pattern of the low beam has a diffraction grating. It passes through the region where y ⁇ A ⁇ R1. Accordingly, it is possible to prevent a light beam reaching the vicinity of the cutoff line of the light distribution pattern of the low beam from reaching the upper part of the cutoff line of the light distribution pattern by the zero-order light of the diffraction grating.
- the combined focal length of the two resin lenses is EFL
- the lens interval of the two resin lenses is T12. T12 / EFL ⁇ 0.1 Meet.
- the vertical wall from the lens edge (the edge of the lens)
- T12 / EFL is 0.1 or more
- the vertical wall from the lens edge is provided.
- the thickness of the lens increases, and the moldability of the lens deteriorates.
- the distance from the lens top to the light source is increased, and the size of the headlamp unit is increased.
- the distance from the light source side surface of the light source side lens of the two resin lenses to the light source is reduced, and it is easily affected by heat.
- the center thickness of the light source side lens is T2, 0.16 ⁇ T2 / EFL Meet.
- the core thickness of the light source side lens provided with the diffraction grating can be secured, and the thickness deviation ratio can be reduced to reduce the difficulty of molding.
- the power of the other curved surface is equivalent to the power of the curved surface having the diffraction grating or the flat surface having the continuity.
- the power of the other curved surface is equivalent to the power of the curved surface having the continuity or the flat surface provided with the diffraction grating.
- the power of the other curved surface is provided with the diffraction grating.
- the power of the curved surface having the continuity or the plane is 0.5 to 1.5 times, more preferably 0.8 to 1.2 times.
- the another curved surface is an aspherical surface.
- the light distribution pattern includes a plurality of light distribution patterns arranged in one row or matrix in the horizontal direction.
- the diffraction grating is provided in an annular region near the outer periphery in the region of y ⁇ A ⁇ R1 on the lens surface on the opposite light source side of the light source side resin lens. It is not provided in the area inside the annular area.
- the diffraction grating by providing a diffraction grating only in a region through which light rays that reach the vicinity of the bright and dark boundary line at the periphery of the light distribution pattern in which color bleeding is a problem, the diffraction loss is reduced and the efficiency is improved. Stray light can be reduced.
- FIG. 1 It is a figure which shows the path
- FIG. 8 is a diagram illustrating a path of a light beam by zero-order light of a diffraction grating among low beam light beams that irradiate the vicinity of the upper peripheral edge of a low beam light distribution pattern formed on a virtual screen by a lamp unit including the projection lens of FIG. 7. is there. It is a figure which shows the path
- the low-beam light rays that illuminate the vicinity of the upper peripheral edge of the low-beam light distribution pattern formed on the virtual screen by the lamp unit including the projection lens of FIG.
- FIG. 9 the path of the light beams by the first-order diffracted light and the zero-order light of the diffraction grating
- FIG. It is a top view of the surface by the side of the non-light source of the 2nd resin lens of the example of the present invention. It is a figure for demonstrating the parameter A.
- FIG. 1 is a view showing a cross section of a lamp unit 10 of a projector type headlamp according to an embodiment of the present invention.
- the lamp unit 10 includes a projection lens 20 disposed on an optical axis AX extending in the vehicle front-rear direction, and a light source unit 30 disposed on the rear side of the rear focal plane of the projection lens 20.
- FIG. 1 is a cross-sectional view including the optical axis AX.
- the projection lens 20 is composed of two resin lenses (plastic lenses) arranged at a predetermined interval on the optical axis AX, that is, a first resin lens 22 and a second resin lens 24.
- the first resin lens 22 and the second resin lens 24 are held by a lens barrel 42 fixed to the support member 40 and are disposed on the optical axis AX.
- a stepped portion 42 a extending in the circumferential direction is formed on the inner peripheral surface of the front end side (half light source side) of the lens barrel 42.
- the step portion 42 a is used for housing and holding the projection lens 20.
- the projection lens 20 is inserted into the lens barrel 42 until the second resin lens 24 comes into contact with the stepped portion 42a, and is fixed to the lens barrel 42 by a known means such as a screw, an adhesive, or a snap fit structure. ing.
- FIG. 2 is a view showing a cross section including the optical axis AX of the projection lens 20 in the lamp unit 10.
- the second resin lens 24 includes a cylindrical portion 24a extending from the periphery to the first resin lens 22 side.
- a stepped portion 24b extending in the circumferential direction is formed on the inner peripheral surface of the tube portion 24a on the distal end side (counterlight source side).
- the step portion 24 b is used for housing and holding the first resin lens 22.
- the first resin lens 22 is inserted into the cylindrical portion 24a until the side surface comes into contact with the stepped portion 24b, and is fixed to the cylindrical portion 24a by a known means such as a screw, an adhesive, or a snap fit structure.
- the light source unit 30 is installed on the projection lens side 20 of the support member 40 as shown in FIG.
- FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration and function of an example of the light source unit 30.
- the light source unit 30 includes a low beam light source 301, a traveling beam (high beam) light source 303, a reflector 311, a low beam shade / high beam separator 313, and a high beam separator 315.
- the low beam light source 301 may be composed of a light emitting unit such as an LD (laser diode).
- the high beam light source 303 may include a plurality of light emitting units such as LEDs (light emitting diodes) and LDs (laser diodes) arranged in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.
- the projection lens 20 projects the light source image created by the light source unit 30 on the rear focal plane onto a virtual vertical screen (for example, disposed about 25 meters ahead of the vehicle) facing the front of the vehicle. Thereby, the light distribution pattern described below is formed.
- FIG. 4 shows a case where a light source unit described in JP-A-2016-39154 is used as the light source unit 30 and is disposed at a position 25 meters ahead of the vehicle by light emitted forward from the lamp unit 10. It is a figure which shows the light distribution pattern PH1 formed on the virtual vertical screen.
- the light distribution pattern PH1 is formed as a combined light distribution pattern of the low beam light distribution pattern PL1 and the high beam additional light distribution pattern PA.
- the additional light distribution pattern PA is a composite pattern of a plurality of light distribution patterns Pa formed by a plurality of light emitting units.
- the low-beam light distribution pattern PL1 has cut-off lines CL1 and CL2 having different left and right steps on the upper peripheral edge thereof.
- the cut-off line CL2 is formed below the HH line that passes through the vanishing point HV in the horizontal direction.
- FIG. 5 is a diagram showing a path of a part of a low beam that passes through a projection lens having a diffraction grating on one surface.
- the power of the first resin lens 22 is larger than the power of the second resin lens 24.
- the surface S1 on the side opposite to the light source of the first resin lens 22 is a curved surface convex on the side opposite to the light source
- the surface S2 on the light source side of the first resin lens 22 is a curved surface convex on the side of the light source.
- the surface S3 on the side opposite to the light source of the second resin lens 24 is a plane perpendicular to the optical axis
- the surface S4 on the light source side of the second resin lens 24 is a curved surface convex toward the light source.
- the power due to diffraction is proportional to the wavelength. Therefore, the chromatic aberration of the projection lens 20 can be corrected by providing a diffraction grating having a power that can cancel the chromatic aberration of the projection lens 20 on one surface of the projection lens 20.
- the diffraction grating is provided on the surface S3 of the second resin lens 24 on the side opposite to the light source.
- the reason why the surface S3 of the second resin lens 24 on the side opposite to the light source is a plane perpendicular to the optical axis and the diffraction grating is provided on the surface S3 is to reduce stray light generated due to the light path and die processing reasons. Details are described in paragraphs [0067] to [0074] of the specification of the prior application (JP2014-26741A) by the applicant of the present application.
- the surface S3 may be a curved surface with a relatively small curvature instead of a flat surface.
- FIG. 6 is a diagram showing a path of a low beam beam that irradiates the vicinity of the upper periphery of the low beam light distribution pattern formed on the virtual screen 100 by the lamp unit 10 including the projection lens of FIG.
- the virtual screen 100 is disposed perpendicular to the optical axis AX at a position 25 meters ahead of the vehicle.
- the projection lens 20 is formed such that a low beam ray that irradiates the vicinity of the upper peripheral edge of the low beam light distribution pattern irradiates below the HH line passing through the vanishing point HV in the horizontal direction.
- “HV position” indicates the position of the vanishing point HV.
- the optical system is designed based on the first-order diffracted light of the diffraction grating.
- the optical system is designed so that the cut-off line CL2 is formed below the HH line passing through the vanishing point HV in the horizontal direction by the first-order diffracted light of the diffraction grating.
- FIG. 7 is a view showing a path of a light beam by the zero-order light of the diffraction grating of a low beam passing through a projection lens having a diffraction grating on one surface.
- FIG. 8 shows a light beam by the zero-order light of the diffraction grating among the low-beam light rays that irradiate the vicinity of the upper peripheral edge of the low-beam light distribution pattern formed on the virtual screen 100 by the lamp unit 10 including the projection lens of FIG. It is a figure which shows the path
- the 0th-order light of the diffraction grating is light that travels straight without being diffracted by the diffraction grating
- the light beam of the low beam which is the 0th-order light of the diffraction grating
- a part of the 0th-order light beam irradiates on the virtual screen 100 above the HH line passing through the vanishing point HV in the horizontal direction.
- the luminous intensity above the HH line passing through the vanishing point HV in the horizontal direction increases, and the point luminous intensity specified by the law is increased. There is a possibility that it will not be satisfied.
- FIG. 9 is a diagram showing a light beam path of a low beam passing through a projection lens having a diffraction grating on one surface by the first-order diffracted light and zero-order light of the diffraction grating.
- the first-order diffracted light beam is represented by a solid line
- the zero-order light beam is represented by a broken line.
- the ray path in FIG. 9 is a combination of the ray path in FIG. 5 and the ray path in FIG.
- FIG. 10 shows the first-order diffracted light and 0 of the diffraction grating among the low-beam rays that irradiate near the upper periphery of the low-beam light distribution pattern formed on the virtual screen 100 by the lamp unit 10 including the projection lens of FIG. It is a figure which shows the path
- the first-order diffracted light beam is represented by a solid line
- the zero-order light beam is represented by a broken line.
- the ray path in FIG. 10 is a combination of the ray path in FIG. 6 and the ray path in FIG.
- the zero order light of the diffraction grating On the virtual screen 100, the upper side of the HH line passing through the vanishing point HV in the horizontal direction is irradiated, and the luminous intensity above the HH line passing through the vanishing point HV in the horizontal direction is increased. There is a possibility that the point intensity will not be met.
- FIG. 11 is a plan view of the surface S3 on the side opposite to the light source of the second resin lens 24 according to the embodiment of the present invention.
- the surface S3 is formed from the region AR1, the region AR2, and the region AR3.
- the intersection point between the optical axis AX and the plane perpendicular to the optical axis AX is set as the origin O, the horizontal x-axis and the vertical y-axis are defined on the plane, the maximum value of the y-coordinate in the plane S3 is R1, and A Is a constant greater than or equal to 0 and less than 1.
- FIG. 11 is a plan view of the surface S3 on the side opposite to the light source of the second resin lens 24 according to the embodiment of the present invention.
- the surface S3 is formed from the region AR1, the region AR2, and the region AR3.
- the origin O coincides with the center of the circle forming the outer edge of the surface S3, and R1 is the radius of the circle forming the outer edge of the surface S3.
- the area AR2 is an area where y ⁇ A ⁇ R1.
- the area AR3 is an area where r ⁇ 8 mm, where r is the distance from the origin.
- the area AR1 is another area.
- the area AR1 includes a diffraction grating.
- the region AR2 does not include a diffraction grating and is formed of a curved surface having a power equivalent to the power (refractive power) of the diffraction grating.
- the power equivalent to the power of the diffraction grating is 0.5 to 1.5 times, more preferably 0.8 to 1.2 times the power of the diffraction grating.
- Light rays that reach the vicinity of the upper peripheral edge of the light distribution pattern in which color bleeding is a problem pass through the area AR2.
- the area AR2 is formed in the same manner as the area AR1 and includes a diffraction grating, as shown in FIG.
- the upper side is also irradiated. Therefore, by replacing the diffraction grating with a curved surface having a power equivalent to the power of the diffraction grating, for example, from a HH line passing through the vanishing point HV in the horizontal direction due to a part of the light beam by the zero-order light of the diffraction grating. Prevents the upper side from being irradiated.
- the area AR3 does not include a diffraction grating.
- the reason why the area AR3 in the vicinity of the optical axis AX is not provided with a diffraction grating is that light reaching the periphery of the light distribution pattern in which color blur is a problem does not pass through the area, and thus correction of chromatic aberration by the diffraction grating is not necessary.
- the region AR3 may be formed from a curved surface having a power equivalent to that of the diffraction grating.
- a diffraction grating may be provided on a plane.
- FIG. 12 is a diagram for explaining the parameter A.
- a ⁇ 0.5 for example, it is not possible to sufficiently reduce the light beam due to the 0th-order light of the diffraction grating that irradiates the upper side of the HH line passing through the vanishing point HV in the horizontal direction.
- FIG. 13 is a diagram showing, as an example, a region H through which light beams forming a high beam light distribution pattern pass and a region L through which light beams forming a low beam light distribution pattern pass through in the surface S3.
- the light beam forming the high beam light distribution pattern can be configured so that most of the light beam passes through the area AR1 provided with the diffraction grating by appropriately setting A such as A ⁇ 0.3. As a result, it is possible to prevent color bleeding at the periphery of each light distribution pattern.
- a region formed of a curved surface having a power equivalent to the power (refractive power) of the diffraction grating without the diffraction grating may be a region occupying an area of 80% or more of the area of the region of y ⁇ A ⁇ R1.
- “A region occupying an area of 80 percent or more” includes, for example, a region excluding a region in which light rays do not pass in a region of y ⁇ A ⁇ R1 in FIG. 13 or a diffraction grating corresponding to the region AR1.
- a region formed along the periphery is included.
- Table 1 is a table showing the focal length of the lens of this example. The unit of length is millimeter. “Overall” indicates the composite focal length.
- the material of the first resin lens 22 and the second resin lens 24 is polymethyl methacrylate (PMMA).
- Table 2 is a table showing the optical arrangement of the lenses. The unit of length is millimeter.
- h represents an optical axis AX, that is, a distance from the central axis of the lens
- c represents a curvature
- R represents a radius of curvature
- k represents a conic constant
- Ai represents a constant
- m represents an integer
- Z represents the surface definition center of the aspheric surface, that is, the distance from the intersection of the optical axis and the aspheric surface.
- Table 3 is a table showing the constants and coefficients of the above-described defining formulas for each surface of the lens.
- the unit of curvature radius is millimeters. A positive value of the radius of curvature indicates that it is convex toward the light source side, and a negative value of the radius of curvature indicates that it is convex toward the light source.
- Table 4 is a table showing values of other parameters.
- T12 indicates the lens interval
- EFL indicates the composite focal length
- T2 indicates the center thickness of the lens 24.
- T12 / EFL is preferably less than 0.1.
- T12 / EFL is 0.1 or more, the vertical wall from the lens edge is provided.
- the thickness of the lens increases, and the moldability of the lens deteriorates.
- the distance from the lens top to the light source is increased, and the size of the headlamp unit is increased.
- the distance from the light source side surface of the light source side lens of the two resin lenses to the light source is reduced, and it is easily affected by heat.
- T2 / EFL should be greater than 0.16.
- T2 / EFL the core thickness of the light source side lens 24 provided with the diffraction grating is secured, and the thickness deviation ratio (ratio between the thickest part and the thinnest part) is reduced. The difficulty level can be reduced.
- ⁇ C2 ⁇ h 2 + C4 ⁇ h 4 + C6 ⁇ h 6 + C8 ⁇ h 8 + C10 ⁇ h 10
- C2-C10 represents a constant
- h is the optical axis AX, that is, the distance from the center axis of the lens. Represents. The unit of length is millimeter.
- Table 5 is a table showing constants of the definition formula of the optical path difference function of the diffraction grating.
- h represents an optical axis AX, that is, a distance from the central axis of the lens
- c represents a curvature
- R represents a radius of curvature
- k represents a conic constant
- Ai represents a constant
- m represents an integer
- Z represents the surface definition center of the aspheric surface, that is, the distance from the intersection of the optical axis and the aspheric surface.
- Table 6 is a table showing constants of the aspheric definition formula.
- FIG. 14 is a diagram showing a path of a low beam beam passing through the projection lens of the embodiment having a diffraction grating on one surface.
- the aspherical surface corresponding to the area AR2 in FIG. The curvature of the aspherical portion 245 is displayed larger than the actual one for easy understanding.
- the aspherical surface corresponding to the area AR3 in FIG. 11 is not shown.
- FIG. 15 is a diagram showing a path of a low beam ray irradiated on the virtual screen 100 by the lamp unit 10 including the projection lens of FIG.
- the diffraction grating in the area AR2 through which the light beam of the low beam that illuminates the vicinity of the upper peripheral edge of the low beam light distribution pattern formed on the virtual screen 100 passes the non-diffractive grating having the same power as the diffraction grating. Since it is replaced with a spherical surface, for example, the upper side of the HH line passing through the vanishing point HV in the horizontal direction is not irradiated by the zero-order light of the diffraction grating, and the luminous intensity above the HH line is not irradiated. By increasing, the phenomenon that the point luminous intensity specified by the law is not satisfied is avoided.
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Abstract
カットオフラインの上方の光度を増加させないようにしながら、明暗境界線の近傍の色にじみを減少させる。プロジェクタ型前照灯は、投影レンズと、光源ユニットと、を備える。前記投影レンズは、二枚のレンズを含み、光源側レンズの反光源側の面S3の少なくとも一部には回折格子が設けられ、前記光源側レンズの光源側の面S4は、正のパワーを持ち、前記回折格子は、色収差を打ち消すように設計され、光軸と前記光軸に垂直な面との交点を原点として、該面上に水平方向のx軸及び鉛直方向のy軸を定め、面S3におけるy座標の最大値をR1とし、Aを0以上で1より小さい定数として、面S3のy<A・R1の領域は、少なくとも一部に回折格子を設けた、連続性を有する曲面または平面で構成され、y≧A・R1の領域は、該連続性を有する曲面または該平面のパワーよりも大きなパワーを有し、回折格子を備えていない別の曲面245で構成されている。
Description
本発明は、プロジェクタ型前照灯に関する。
プロジェクタ型前照灯において、プロジェクタ型前照灯の投影レンズの色収差に起因して、配光パターンの周縁の明暗境界線の近傍に色にじみが生じるという問題点がある。このような色にじみを減少させるには、投影レンズの色収差を補正する必要がある。そこで、投影レンズの色収差を補正するために、投影レンズの一つの面に回折格子を備えることが提案されている(特許文献1)。
しかし、一つの面に回折格子を備えた投影レンズによって、すれ違いビームの配光パターンを形成すると、回折格子の0次光によって、仮想スクリーン上において、該配光パターンのカットオフラインの上方に光線が到達し、その位置の光度が増加し、法規を満たさなくなる恐れがある。
従来、仮想スクリーン上において、すれ違いビームの配光パターンのカットオフラインの上方の光度を増加させないようにしながら、主に走行ビームの配光パターンの周縁の明暗境界線の近傍の色にじみを減少させるプロジェクタ型前照灯は開発されていない。
したがって、仮想スクリーン上において、すれ違いビームの配光パターンのカットオフラインの上方の光度を増加させないようにしながら、配光パターンの周縁の明暗境界線の近傍の色にじみを減少させるプロジェクタ型前照灯に対するニーズがある。本発明の課題は、仮想スクリーン上において、すれ違いビームの配光パターンのカットオフラインの上方の光度を増加させないようにしながら、主に走行ビームの配光パターンの周縁の明暗境界線の近傍の色にじみを減少させるプロジェクタ型前照灯を提供することである。
本発明のプロジェクタ型前照灯は、車両前後方向に延びる光軸上に配置された投影レンズと、前記投影レンズの後側焦点面よりも後方側に配置された光源ユニットと、を備えた走行ビームとすれ違いビームの配光パターンを同一の投影レンズで形成するプロジェクタ型前照灯である。前記投影レンズは、前記光軸上に配置された二枚の樹脂レンズで構成されており、前記光源ユニットは前記二枚の樹脂レンズを介して前方に照射されて明暗境界線を含む配光パターンを形成するための光源像を、前記投影レンズの後側焦点面又はその近傍に形成するように構成されており、前記二枚の樹脂レンズのうち前記光源ユニット寄りに配置された光源側樹脂レンズの反光源側のレンズ面の少なくとも一部には回折格子が設けられており、前記光源側樹脂レンズの光源側のレンズ面は、正のパワーを持ち、前記回折格子は、前記二枚の樹脂レンズを介して前方へ照射される前記光源ユニットからの光の色収差を打ち消すように設計されており、前記光軸と前記光軸に垂直な面との交点を原点として、該面上に水平方向のx軸及び鉛直方向のy軸を定め、前記光源側樹脂レンズの反光源側の面におけるy座標の最大値をR1とし、Aを0以上で1より小さい定数として、前記光源側樹脂レンズの反光源側のレンズ面のy<A・R1の領域は、少なくとも一部に回折格子を設けた、連続性を有する曲面または平面で構成され、y≧A・R1の領域は、該連続性を有する曲面または該平面のパワーよりも大きなパワーを有し、回折格子を備えていない別の曲面で構成されている。
本発明のプロジェクタ型前照灯において、前記光源側樹脂レンズの反光源側の面におけるy座標の最大値をR1とし、Aを0以上で1より小さい定数として、前記光源側樹脂レンズの反光源側のレンズ面のy<A・R1の領域は、少なくとも一部に回折格子を設けた、連続性を有する曲面または平面で構成され、y≧A・R1の領域は、該連続性を有する曲面または該平面のパワーよりも大きなパワーを有し、回折格子を備えていない別の曲面で構成されているので、すれ違いビームの配光パターンのカットオフラインの近傍に到達する光線は、回折格子を備えていないy≧A・R1の領域を通過する。したがって、すれ違いビームの配光パターンのカットオフラインの近傍に到達する光線が回折格子の0次光によって、配光パターンのカットオフラインの上方に到達することは防止される。
本発明の第1の実施形態によるプロジェクタ型前照灯において、A<0.5である。
A≧0.5であると、カットオフ付近に出射される回折格子の0次光の光線を十分に減少させることができない。
本発明の第2の実施形態によるプロジェクタ型前照灯において、前記二枚の樹脂レンズの合成焦点距離をEFL、前記二枚の樹脂レンズのレンズ間隔をT12として、
T12/EFL<0.1
を満たす。
T12/EFL<0.1
を満たす。
2枚のレンズの組み立てをスペーサーなしでおこなう場合、レンズコバ(レンズの縁部)から垂直に立ち壁を設ける必要があるが、T12/EFLが0.1以上になるとレンズコバから垂直に設けた立ち壁の厚みが大きくなり、レンズの成形性が悪化する。またレンズトップから光源までの距離が長くなり前照灯ユニットのサイズが大きくなる。また二枚の樹脂レンズのうち光源側のレンズの光源側の面から光源までの距離が小さくなり、熱の影響を受けやすくなる。
本発明の第3の実施形態によるプロジェクタ型前照灯において、前記光源側レンズの中心厚をT2として、
0.16<T2/EFL
を満たす。
0.16<T2/EFL
を満たす。
上記の条件を満たすことで回折格子を備えた光源側レンズの芯厚を確保し、偏肉比を小さくして成形の難易度を低下させることができる。
本発明の第4の実施形態によるプロジェクタ型前照灯において、該別の曲面のパワーが、前記回折格子を設けた、該連続性を有する曲面または該平面のパワーと同等である。
本実施形態において、すれ違いビームの配光パターンのカットオフラインの近傍に到達する光線は回折格子の1次回折光と同様の経路を進行するので、配光パターンのカットオフラインの上方に到達することは防止される。ここで、該別の曲面のパワーが、前記回折格子を設けた、該連続性を有する曲面または該平面のパワーと同等であるとは、該別の曲面のパワーが、前記回折格子を設けた、該連続性を有する曲面または該平面のパワーの0.5倍から1.5倍、より好ましくは0.8倍から1.2倍であることをいう。
本発明の第5の実施形態によるプロジェクタ型前照灯において、該別の曲面が非球面である。
本発明の第6の実施形態によるプロジェクタ型前照灯において、前記配光パターンは、水平方向に1列またはマトリックス上に配置される複数の配光パターンを含む。
本発明の第7の実施形態によるプロジェクタ型前照灯において、前記回折格子は、前記光源側樹脂レンズの反光源側のレンズ面のy<A・R1の領域において、外周寄りの環状領域に設けられており、該環状領域よりも内側の領域には設けられていない.
本実施形態において、色にじみが問題となる配光パターンの周縁の明暗境界線の付近に到達する光線が通過する領域のみに回折格子を設けることにより、回折損失を減少させて効率を向上させるとともに迷光を低減させることができる。
本実施形態において、色にじみが問題となる配光パターンの周縁の明暗境界線の付近に到達する光線が通過する領域のみに回折格子を設けることにより、回折損失を減少させて効率を向上させるとともに迷光を低減させることができる。
図1は、本発明の一実施形態のプロジェクタ型前照灯の灯具ユニット10の断面を示す図である。灯具ユニット10は、車両前後方向に延びる光軸AX上に配置された投影レンズ20、投影レンズ20の後側焦点面よりも後方側に配置された光源ユニット30を含む。図1は、光軸AXを含む断面図である。
投影レンズ20は、光軸AX上に一定間隔を置いて配置された二枚の樹脂レンズ(プラスチックレンズ)、すなわち、第1樹脂レンズ22及び第2樹脂レンズ24で構成されている。第1樹脂レンズ22及び第2樹脂レンズ24は、支持部材40に固定された鏡筒42に保持されて、光軸AX上に配置されている。鏡筒42の先端側(半光源側)内周面には、周方向に延びる段差部42aが形成されている。段差部42aは、投影レンズ20を収容、保持するために用いられる。
投影レンズ20は、第2樹脂レンズ24が段差部42aに当接するまで、鏡筒42内に挿入されて、当該鏡筒42に、ネジ、接着剤、スナップフィット構造などの公知の手段で固定されている。
図2は、灯具ユニット10中の投影レンズ20の光軸AXを含む断面を示す図である。第1樹脂レンズ22の反光源側の面、第1樹脂レンズ22の光源側の面、第2樹脂レンズ24の反光源側の面、及び第2樹脂レンズ24の光源側の面を、それぞれ、レンズ面S1、レンズ面S2、レンズ面S3、及びレンズ面S4と呼称する。第2樹脂レンズ24は、その周囲から第1樹脂レンズ22側に伸びる筒部24aを含んでいる。筒部24aの先端側(反光源側)内周面には、周方向に延びる段差部24bが形成されている。段差部24bは、第1樹脂レンズ22を収容、保持するために用いられる。第1樹脂レンズ22は、側面が段差部24bに当接するまで筒部24a内に挿入されて、筒部24aに、ネジ、接着剤、スナップフィット構造などの公知の手段で固定されている。
光源ユニット30は、図1に示すように、支持部材40の投影レンズ側20の面に設置される。
図3は、光源ユニット30の一例の構成及び機能を説明するための図である。光源ユニット30は、すれ違いビーム(ロービーム)用光源301、走行ビーム(ハイビーム)用光源303、リフレクタ311、ロービーム・シェード兼ハイビーム・セパレータ313及びハイビーム・セパレータ315を含む。ロービーム用光源301は、LD(レーザーダイオード)などの発光ユニットから構成されてもよい。ハイビーム用光源303は、図3の紙面に垂直な方向に配列された複数のLED(発光ダイオード)やLD(レーザーダイオード)などの発光ユニットから構成されてもよい。ロービーム用光源301から出射され、リフレクタ311に反射された光の一部は、ロービーム・シェード313に反射されて投影レンズ20に到達する。また、ロービーム用光源301から出射され、リフレクタ311に反射された光の他の一部は、直接、投影レンズ20に到達する。ハイビーム用光源303から出射された光は、ハイビーム・セパレータ313及び315を経由して投影レンズ20に到達する。投影レンズ20は、その後側焦点面上に光源ユニット30が作成する光源像を、車両前面に正対した仮想鉛直スクリーン(たとえば、車両前方約25メートルに配置されている)上に投影する。これにより、以下に説明する配光パターンが形成される。
図4は、光源ユニット30として、特開2016-39154号公報に記載の光源ユニットを用いた場合に、灯具ユニット10から前方に向けて照射される光により、車両前方25メートルの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンPH1を示す図である。
配光パターンPH1は、ロービーム用配光パターンPL1とハイビーム用の付加配光パターンPAとの合成配光パターンとして形成されている。付加配光パターンPAは、複数の発光ユニットによって形成される複数の配光パターンPaの合成パターンである。
ロービーム用配光パターンPL1は、その上側の周縁に左右段違いのカットオフラインCL1及びCL2を有している。カットオフラインCL2は、消失点HVを水平方向に通るH-H線の下側に形成される。
図5は、一つの面に回折格子を備えた投影レンズを通過するロービームの一部の光線の経路を示す図である。
第1樹脂レンズ22のパワーは、第2樹脂レンズ24のパワーよりも大きい。第1樹脂レンズ22の反光源側の面S1は、反光源側に凸の曲面、第1樹脂レンズ22の光源側の面S2は、光源側に凸の曲面である。また、第2樹脂レンズ24の反光源側の面S3は、光軸に垂直な平面、第2樹脂レンズ24の光源側の面S4は、光源側に凸の曲面である。
ところで、光の屈折率は波長によって異なるので、投影レンズ20の色収差に起因して、たとえば、それぞれの配光パターンの周縁の明暗境界線の近傍に色にじみ(色われとも呼称される)が生じる。このような色にじみを防止するには、投影レンズ20の色収差を補正する必要がある。そこで、投影レンズ20の色収差を補正するために、投影レンズ20の一つの面に回折格子を備える。投影レンズ20の材料の屈折率は、波長が長くなるにしたがって低下するので、材料の屈折率によるパワー(屈折力)は、波長が長くなるにしたがって低下する。他方、回折によるパワーは波長に比例する。そこで、投影レンズ20の色収差を相殺するようなパワーを有する回折格子を、投影レンズ20の一つの面に備えることにより、投影レンズ20の色収差を補正することができる。
回折格子は、第2樹脂レンズ24の反光源側の面S3に設ける。
第2樹脂レンズ24の反光源側の面S3を光軸に垂直な平面として、面S3に回折格子を設ける理由は、光線経路及び金型加工上の理由により生じる迷光を少なくするためである。詳細は、本出願の出願人による先行出願(JP2014-26741A)の明細書の段落[0067]乃至段落[0074]に記載されている。なお、面S3は、平面ではなく曲率の比較的小さな曲面であってもよい。
図6は、図5の投影レンズを含む灯具ユニット10によって仮想スクリーン100上に形成されるロービーム用配光パターンの上側の周縁付近を照射するロービームの光線の経路を示す図である。仮想スクリーン100は、車両前方25メートルの位置に光軸AXに垂直に配置される。投影レンズ20は、ロービーム用配光パターンの上側の周縁付近を照射するロービームの光線が、消失点HVを水平方向に通るH-H線よりも下側を照射するように形成される。図6及び以下の図において、「HV位置」は、消失点HVの位置を示す。ここで、図5及び図6におけるロービームの光線は、回折格子の1次回折光である。光学系の設計は、回折格子の1次回折光に基づいて行われる。たとえば、回折格子の1次回折光によって、カットオフラインCL2が、消失点HVを水平方向に通るH-H線の下側に形成されるように光学系が設計される。
図7は、一つの面に回折格子を備えた投影レンズを通過するロービームの、回折格子の0次光による光線の経路を示す図である。
図8は、図7の投影レンズを含む灯具ユニット10によって仮想スクリーン100上に形成されるロービーム用配光パターンの上側の周縁付近を照射するロービームの光線のうち、回折格子の0次光による光線の経路を示す図である。回折格子の0次光は、回折格子によって回折されずに直進する光であるので、ロービームの、回折格子の0次光による光線は、回折格子の1次回折光よりも上側に位置し、回折格子の0次光による光線の一部は、仮想スクリーン100上において、消失点HVを水平方向に通るH-H線よりも上側を照射する。その結果、たとえば、仮想スクリーン100上において、図4のカットオフラインCL2の近傍で、消失点HVを水平方向に通るH-H線よりも上側の光度が増加し、法規で指定されたポイント光度を満たさなくなる可能性が生じる。
図9は、一つの面に回折格子を備えた投影レンズを通過するロービームの、回折格子の1次回折光及び0次光による光線の経路を示す図である。図9において、1次回折光の光線は実線で表し、0次光の光線は破線で表す。図9の光線の経路は、図5の光線の経路と図7の光線の経路を合わせたものである。
図10は、図9の投影レンズを含む灯具ユニット10によって仮想スクリーン100上に形成されるロービーム用配光パターンの上側の周縁付近を照射するロービームの光線のうち、回折格子の1次回折光及び0次光による光線の経路を示す図である。図10において、1次回折光の光線は実線で表し、0次光の光線は破線で表す。図10の光線の経路は、図6の光線の経路と図8の光線の経路を合わせたものである。
このように、一つの面に回折格子を備えた投影レンズを含む従来の灯具ユニットにおいて、ロービーム用配光パターンの上側の周縁付近を照射するロービームの光線のうち、回折格子の0次光によって、仮想スクリーン100上において、消失点HVを水平方向に通るH-H線よりも上側が照射され、消失点HVを水平方向に通るH-H線よりも上側の光度が増加し、法規で指定されたポイント光度を満たさなくなる可能性が生じる。
図11は、本発明の実施例の第2樹脂レンズ24の反光源側の面S3の平面図である。面S3は、領域AR1、領域AR2及び領域AR3から形成される。光軸AXと光軸AXに垂直な面との交点を原点Oとして、該面上に水平方向のx軸及び鉛直方向のy軸を定め、面S3におけるy座標の最大値をR1とし、Aを0以上で1より小さい定数とする。本実施例において、R1=33.2mm、A=12/33.2=0.361である。図11において、原点Oは、面S3の外縁を形成する円の中心と一致し、R1は、面S3の外縁を形成する円の半径である。領域AR2は、y≧A・R1の領域である。領域AR3は、原点からの距離をrとして、r≦8mmの領域である。領域AR1はその他の領域である。領域AR1は回折格子を備える。
領域AR2は、回折格子を備えず、回折格子のパワー(屈折力)と同等のパワーを有する曲面から形成される。ここで、回折格子のパワーと同等のパワーとは、回折格子のパワーの0.5倍から1.5倍、より好ましくは0.8倍から1.2倍のパワーをいう。色にじみが問題となる配光パターンの上側の周縁付近に到達する光線は、領域AR2を通過する。領域AR2が領域AR1と同様に形成され回折格子を備えると、図8に示したように、回折格子の0次光による光線の一部によって、消失点HVを水平方向に通るH-H線よりも上側が照射される。そこで、回折格子を、回折格子のパワーと同等のパワーを有する曲面によって置き換えることによって、たとえば、回折格子の0次光による光線の一部によって、消失点HVを水平方向に通るH-H線よりも上側が照射されるのを防止する。
領域AR3は、回折格子を備えない。光軸AXの近傍の領域AR3が回折格子を備えない理由は、色にじみが問題となる配光パターンの周縁付近に到達する光線が該領域を通過しないので、回折格子による色収差の補正が必要ないためである。領域AR3は、回折格子のパワーと同等のパワーを有する曲面から形成してもよい。領域AR3において、領域AR1と同様に平面上に回折格子を設けてもよい。
図12はパラメータAを説明するための図である。A≧0.5であると、たとえば、消失点HVを水平方向に通るH-H線よりも上側を照射する、回折格子の0次光による光線を十分に減少させることができない。
図13は、面S3において、ハイビーム用配光パターンを形成する光線が通過する領域H及びロービーム用配光パターンを形成する光線が通過する領域Lを、一例として示す図である。ハイビーム用配光パターンを形成する光線は、たとえば、A≧0.3など、Aを適切に設定することにより、その大部分が回折格子を備えた領域AR1を通過するように構成することができるので、それぞれの配光パターンの周縁の色にじみを防止することができる。
回折格子を備えず、回折格子のパワー(屈折力)と同等のパワーを有する曲面から形成される領域は、y≧A・R1の領域の面積の80パーセント以上の面積を占める領域としてもよい。「80パーセント以上の面積を占める領域」とは、たとえば、図13において、y≧A・R1の領域のうち光線が通過しない領域を除いた領域、または、領域AR1に相当する回折格子を備えた領域との境界を、図13における、ハイビーム用配光パターンを形成する光線が通過する領域Hの上側の周縁、またはロービーム用配光パターンを形成する光線が通過する上側の領域Lの下側の周縁に沿うように形成した領域などを含む。
表1は、本実施例のレンズの焦点距離を示す表である。長さの単位はミリメータである。「全体」は合成焦点距離を示す。第1樹脂レンズ22及び第2樹脂レンズ24の材料は、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)である。
レンズの各面を表す非球面の定義式を以下に示す。
hは光軸AX、すなわちレンズの中心軸からの距離を表し、cは曲率、Rは曲率半径、kはコーニック定数、Aiは定数、mは整数を表す。また、zは非球面の面定義中心、すなわち光軸と非球面との交点からの距離を表す。cの値が正のとき、非球面は、反光源側に正である。
表3は、レンズの各面について、上記の定義式の定数及び係数を示す表である。曲率半径の単位は、ミリメータである。曲率半径の正の値は反光源側に凸であることを示し、曲率半径の負の値は光源側に凸であることを示す。
T12/EFLは、0.1より小さいことが望ましい。2枚のレンズの組み立てをスペーサーなしでおこなう場合、レンズコバ(レンズの縁部)から垂直に立ち壁を設ける必要があるが、T12/EFLが0.1以上になるとレンズコバから垂直に設けた立ち壁の厚みが大きくなり、レンズの成形性が悪化する。またレンズトップから光源までの距離が長くなり前照灯ユニットのサイズが大きくなる。また二枚の樹脂レンズのうち光源側のレンズの光源側の面から光源までの距離が小さくなり、熱の影響を受けやすくなる。
T2/EFLは、0.16より大きいことが望ましい。T2/EFLを、0.16より大きくすることで回折格子を備えた光源側レンズ24の芯厚を確保し、偏肉比(最厚部と最薄部との比率)を小さくして成形の難易度を低下させることができる。
領域AR1に形成される回折格子の光路差関数の定義式を以下に示す。
φ=C2×h2+C4×h4+C6×h6+C8×h8+C10×h10
C2-C10は定数を表し、hは光軸AX、すなわちレンズの中心軸からの距離
を表す。長さの単位はミリメータである。
φ=C2×h2+C4×h4+C6×h6+C8×h8+C10×h10
C2-C10は定数を表し、hは光軸AX、すなわちレンズの中心軸からの距離
領域AR2及びAR3に形成される、回折格子のパワーと同等のパワーを有する非球面の定義式を以下に示す。
hは光軸AX、すなわちレンズの中心軸からの距離を表し、cは曲率、Rは曲率半径、kはコーニック定数、Aiは定数、mは整数を表す。また、zは非球面の面定義中心、すなわち光軸と非球面との交点からの距離を表す。cの値が正のとき、非球面は、反光源側に正である。
図14は、一つの面に回折格子を備えた実施例の投影レンズを通過するロービームの光線の経路を示す図である。図14において、図11の領域AR2に対応する非球面部分を符号245で表す。非球面部分245の曲率は、分かりやすくするため、実際よりも大きく表示している。図14において、図11の領域AR3に対応する非球面部分は図示していない。
図15は、図14の投影レンズを含む灯具ユニット10によって仮想スクリーン100に照射されるロービームの光線の経路を示す図である。
本実施例によれば、仮想スクリーン100上に形成されるロービーム用配光パターンの上側の周縁付近を照射するロービームの光線が通過する領域AR2の回折格子を、回折格子と同等のパワーを有する非球面と置き換えているので、回折格子の0次光によって、たとえば、消失点HVを水平方向に通るH-H線よりも上側が照射されることはなく、H-H線よりも上側の光度が増加することによって、法規で指定されたポイント光度を満たさなくなる現象が回避される。
また、ハイビーム用配光パターンを形成する光線の大部分が回折格子を備えた領域AR1を通過するように構成することができるので、それぞれの配光パターンの周縁の色にじみを防止することができる。
したがって、本発明によれば、配光パターンの周縁付近の色にじみを減少させながら、法規で指定されたポイント光度を満たさなくなる現象を回避することのできるプロジェクタ型前照灯が得られる。
10…灯具ユニット、20…投影レンズ、22…第1の樹脂レンズ、24…第2の樹脂レンズ、245…回折格子と同等のパワーを有する曲面
Claims (8)
- 車両前後方向に延びる光軸上に配置された投影レンズと、前記投影レンズの後側焦点面よりも後方側に配置された光源ユニットと、を備えた走行ビームとすれ違いビームの配光パターンを同一の投影レンズで形成するプロジェクタ型前照灯であって、
前記投影レンズは、前記光軸上に配置された二枚の樹脂レンズで構成されており、
前記光源ユニットは前記二枚の樹脂レンズを介して前方に照射されて明暗境界線を含む配光パターンを形成するための光源像を、前記投影レンズの後側焦点面又はその近傍に形成するように構成されており、
前記二枚の樹脂レンズのうち前記光源ユニット寄りに配置された光源側樹脂レンズの反光源側のレンズ面の少なくとも一部には回折格子が設けられており、
前記光源側樹脂レンズの光源側のレンズ面は、正のパワーを持ち、
前記回折格子は、前記二枚の樹脂レンズを介して前方へ照射される前記光源ユニットからの光の色収差を打ち消すように設計されており、
前記光軸と前記光軸に垂直な面との交点を原点として、該面上に水平方向のx軸及び鉛直方向のy軸を定め、前記光源側樹脂レンズの反光源側の面におけるy座標の最大値をR1とし、Aを0以上で1より小さい定数として、前記光源側樹脂レンズの反光源側のレンズ面のy<A・R1の領域は、少なくとも一部に回折格子を設けた、連続性を有する曲面または平面で構成され、y≧A・R1の領域は、該連続性を有する曲面または該平面のパワーよりも大きなパワーを有し、回折格子を備えていない別の曲面で構成されたプロジェクタ型前照灯。 - A<0.5である請求項1に記載のプロジェクタ型前照灯。
- 前記二枚の樹脂レンズの合成焦点距離をEFL、前記二枚の樹脂レンズのレンズ間隔をT12として、
T12/EFL<0.1
を満たす請求項1または2に記載のプロジェクタ型前照灯。 - 前記光源側レンズの中心厚をT2として、
0.16<T2/EFL
を満たす請求項1から3のいずれかに記載のプロジェクタ型前照灯。 - 該別の曲面のパワーが、前記回折格子を設けた、該連続性を有する曲面または該平面のパワーと同等である請求項1から4のいずれかに記載のプロジェクタ型前照灯。
- 該別の曲面が非球面である請求項1から5のいずれかに記載のプロジェクタ型前照灯。
- 前記配光パターンは、水平方向に1列またはマトリックス上に配置される複数の配光パターンを含む請求項1から6のいずれかに記載のプロジェクタ型前照灯。
- 前記回折格子は、前記光源側樹脂レンズの反光源側のレンズ面のy<A・R1の領域において、外周寄りの環状領域に設けられており、該環状領域よりも内側の領域には設けられていない請求項1から7のいずれかに記載のプロジェクタ型前照灯。
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