JP4223475B2 - 軟焦点効果を有する光学レンズ - Google Patents

Description

本発明は光投影レンズに関する。かかるレンズは主に対象物をその対物面から像平面中へ投影する機能を有する。多くの場合において、投影物と対象物は互いに類似していなければならない。かかるレンズの例として自動車産業分野の光投影レンズが周知である。しかしながら、本発明はこのような光投影レンズに特に限定されない。

上述のような光学レンズ、好ましくは非球面光学レンズを使用する場合、本来望まれる鮮明な投影輪郭に起因する望ましくない効果が生ずる。かかる効果の例として、自動車の低ビームヘッドライトにおける明域暗域間境界部分を挙げることが出来る。明域暗域間境界部分が鮮明であると、車道部分への光照射は、ある程度の区域のみとなってしまう。そこで、隣接部分も照射されると共に、該照射が法令で定められた制限範囲内であることが望まれる。

かかる技術的背景に対し、本発明はレンズ面上に軟焦点効果を与えて該レンズを通して投影される対象物の輪郭が鮮明に投影されるのではなく穏やかに遷移状態で投影されることを可能とする光学レンズを提供することを目的とする。

上記目的は、本願特許請求の範囲の請求項１項に記載した特徴を有する光学レンズによって達成される。また本発明の有利な実施態様については従属請求項において請求している。

本発明によれば、波形微細構造と波形ミクロ構造を備えた前照灯用レンズにおいて、前記レンズの光軸から、レンズの光学活性面上を半径方向外側に向かって、各波頂と各波底とが同心円を画くように延びている前記波形微細構造と、光軸から各波頂と各波底が半径方向に延びた前記波形ミクロ構造の２つの構造が互いに重ね合わされた光学活性面を有し、前記形状ミクロ構造は０．１〜２．５μｍの波の荒さであるような波形微細構造と波形ミクロ構造を備えた前照灯用レンズが提供される。
すなわち、本発明においては、レンズの光学活性面上に波形形状に形成された微細構造を有し、かつ該微細構造上に波形を呈するミクロ構造が形成された光学レンズが提供される。つまり、上記レンズ面が、波形形状の２つの構造が互いに重ね合わされ、他の技術分野において公知の用語を用いればミクロ構造が微細構造を変調するように、ある程度の形状化が与えられる。かかる光学レンズを用いることにより、光源の明域暗域間の鮮明な境界部分が明域暗域間の穏やかな遷移部分をもって投影される。前記遷移部分の鮮明さあるいは穏やかさは、上記提案された構造を用いることにより、目的に適った方式で変化あるいは調節させることが可能である。
なお、前記両構造はレンズの片面あるいは両面へ設けることが可能である。

前記微細構造の波の荒さは前記ミクロ構造の波の荒さによりも概して大きい。
前記微細構造の波の荒さの特に好ましい範囲は１〜１０μｍである。
他方において前記ミクロ構造の波の荒さは、好ましくは０．１〜２．５μｍの範囲である。
前記両構造はレンズ材中に永久的に形成される。レンズが非球面側を有して具現化されている場合は、前記両構造は特に好ましくはレンズの非球面側に設けられる。

投影機に用いられるコンデンサレンズにおいては、前記両構造をレンズの２つの主軸の一方に対して軸方向に平行に形成することも可能なことが強調される。結論として、上記レンズを所望の使用分野において使用するためには適当な変更が必要である。

自動車等の特殊な使用分野においては、前記微細構造及びミクロ構造をレンズ軸を中心として同心状に延びるようにレンズの表面部分へ形成することが可能である。好ましい実施態様として、この表面部分をレンズの非球面側上に光軸に対して同心状に構成することも可能である。この場合、リング内部に位置するレンズ部分は前記軟焦点効果にはあずからない。しかし、このことは、特に自動車用レンズの場合この部分は光学的に重要ではないため、問題とならない。

特に好ましい実施態様においては、前記微細構造の波の荒さは、レンズの光軸からその周辺部分に向かって減少するように、すなわち波の荒さの振動（弧）が一定程度減衰するように構成されている。その結果として外側部分での光の散乱が減じられるため、例えば自動車分野においては、法令によって規定された明度制限の厳守が可能となる。

かかる態様、つまりレンズの光軸方向からレンズ周辺方向へ波の荒さが減少するように構成することを、単一リング状領域の形態でレンズ面部分において用いることも可能である。

以下に実施例を用いて図面を参照しながら本発明についてより詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、同一符号は同一素子を表わす。

図１は非球面型レンズ１を概略的に示す平面図である。図２は図１に示した直線Ｂ−Ｂに沿った断面図の半分を示すものである。レンズ１の非球面側５上の微細構造２を明瞭に見ることができるが、他方該レンズの平面側６は精細な構造化は行われていない。簡略化の理由から、本図において前記非球面側５は微細構造２の進路と同様に実線で示されている。非球面側５に関して示した進路は非球面側の理想的進路であるが、本図においてはレンズの光軸から外側へ放射状に延びる微細構造２が該非球面側上へ重ね合わされている。

図３に示すように、微細構造２は波形の進路が周辺部分へ向かって減少するように、すなわち該構造の波の荒さがレンズの光軸からレンズの周辺部分へ向かって減少するように構成可能である。図３にはこのような構成が示されている。本図においては、光軸の「ゼロ位置」を基点として、距離はｍｍで横軸に示され、波の荒さはｍｍで縦軸に示されている。本図から分かるように、光軸部分の波の荒さはほぼ３μmであるのに対して、レンズ周辺部分における波の荒さはほぼ１μmである。この波の荒さの変動はレンズの外縁部における散乱光の影響を最小限にできるように減衰されている。例として、本図ではこの変動はほぼ１μmである。

図４は非球面型レンズ１を示す概略側面図であり、該レンズには光軸方向へ投影した時に見える本発明に係る構造を担持した輪状の表面部分４が設けられている。このレンズについては図５〜７に明瞭に図示されている。図５は図４に示したレンズの平面図である。図６は図５に示した破線Ａ−Ａに沿って切断した場合の概略断面図である。本図により、さらなる構造、すなわち図２及び図３に示した微細構造２上へ重ね合わされたミクロ構造３も見ることができる。

図７では微細構造２上へ重ね合わされたミクロ構造３について模写的に示されたパラメータを見ることができる。この変動振幅ｄは可調整なパラメータである。ｄは、本図では特に好ましい範囲である０．２〜０．５ｍｍとして示されている。

ミクロ構造の波の荒さｈは好ましくは０．５〜２．５μmの範囲内である。半径Ｒは最終的に好ましくは２〜１０ｍｍの範囲内である。

前記微細構造２及びミクロ構造３は、意図される使用分野に従って適当な実施態様に構成した上で使用される。

軟焦点効果を有するレンズを用いて得られる効果は図８Ａを図８Ｂと比較することによって理解できる。図８Ａは明域暗域冠境界部分における鮮明な光投影輪郭を示している。かかる鮮明な光投影輪郭は例えば自動車分野における低ビームヘッドライト中のレンズとしての使用には望ましくない特性である。本発明に係るレンズは、図８Ｂから分かるように、ある意味では光の遷移部分をベールで覆うものである。それまで鮮明であった光投影輪郭が軟調となることは、低ビーム光の場合、光投影周辺部分が実質的により軟調に照射されることを意味する。

レンズの概略平面図である。 図１に示した直線Ｂ−Ｂに沿った断面図の半分である。 レンズ上の微細構造の変調減衰を示す図である。 構造化された部分が設けられた非球面型レンズの側面図である。 図４に示したレンズの平面図である。 図５に示した破線Ａ−Ａに沿った概略断面図である。 微細構造上へ重ねあわされたミクロ構造の可調整パラメータを概略的に示す図である。 本発明に係る構造が設けられていない場合の鮮明な光投影輪郭を概略的に示す図である。 明域暗域間境界部分からの軟調な投影遷移をもたらす軟焦点効果を概略的に示す図である。

Claims (5)

1. 波形微細構造（２）と波形ミクロ構造（３）を備えた前照灯用レンズ（１）において、前記レンズ（１）の光軸から、レンズの光学活性面上を半径方向外側に向かって、各波頂と各波底とが同心円を画くように延びている前記波形微細構造（２）と、光軸から各波頂と各波底が半径方向に延びた前記波形ミクロ構造（３）の２つの構造が互いに重ね合わされた光学活性面を有し、前記波形微細構造（２）は１〜１０μｍの波の荒さであり、前記形状ミクロ構造（３）は０．１〜２．５μｍの波の荒さであるような波形微細構造と波形ミクロ構造を備えた前照灯用レンズ。
2. 前記微細構造（２）及びミクロ構造（３）がレンズ（１）の光軸を中心として同心円状に延びる一表面部分（４）中に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
3. 前記表面部分（４）がレンズ（１）の非球面側上において光軸に対し同心状に構成されていることを特徴とする請求項２項記載の光学レンズ。
4. 前記微細構造（２）の波の荒さがレンズの光軸からレンズ周辺へ向かって減少していることを特徴とする請求項１項ないし３項のいずれかに記載の光学レンズ。
5. レンズ（１）の微細構造（２）の波の荒さがレンズ（１）の周辺方向へ行くにつれ減少していることを特徴とする請求項３項記載の光学レンズ。

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