JP4863216B2 - プロジェクター型ヘッドライト用の投影レンズ - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドライトに関するものであり、詳細には、プロジェクタ型ヘッドライトと称されて、回転楕円面とした反射面の第一焦点に置かれた光源の像が結像する第二焦点の近傍に、所望の配光特性の形状の光が通過する遮光板を設置しておき、前記遮光板を通過した光の形状を非球面とした投影レンズで照射方向に拡大投影する方式としたヘッドライトの、前記投影レンズの構成に係るものである。

従来のこの種のプロジェクター型ヘッドライト９０の構成の例を示すものが図９であり、光源としては、消費電力が４０Ｗ程度のメタルハライド放電灯９１が採用され、長軸側で回転した回転楕円面反射鏡９２の第一焦点の位置にアークなど発光源９１ａが配置されている。

このようにすることで、第一焦点に配置された発光源９１ａからの光は、前記回転楕円面反射鏡９２の第二焦点の位置に収束するものとなるので、前記第二焦点の近傍に、回転楕円面反射鏡９２の下半部で反射した光を遮蔽するシェード９３を設けておき、前記回転楕円面反射鏡９２の上半部で反射した光のみを通過させる。（但し、このヘッドライト９０ではシェード９３は可動とされて、配光特性の切換が行えるようにされている。）

よって、前記シェード９３を通過した後の光束は、断面が下弦の半円状となって、投影レンズ９４により照射方向に上下、左右が反転された状態で照射方向に拡大投影されるものとなる。よって、プロジェクター型ヘッドライト９０としての照射光は、上向き光を一切含まないものとなり、対向車の運転者に眩惑を生じさせないものとすることができる。なお、前記投影レンズ９４は、前記メタルハライド放電灯９１からの発熱が多いので、耐熱性が考慮されて、ガラスをプレスで成形した非球面レンズが用いられていた。

しかしながら、近年にいたり、ＬＥＤの性能が向上し、低消費電力で高輝度のものの実現が可能となってきたので、図１０に示すように光源をＬＥＤ８１化したプロジェクター型ヘッドライト８０の開発が進んでいる。

この場合にも、基本的には、回転楕円面反射鏡８２の上半部で反射した光をシェード８３で選択的に通過させて配光を形成させ、投影レンズ８４で照射方向に拡大し反転して投影し、前記ヘッドライト８０としての配光を得るものである点は同様である。但し、光源がＬＥＤ８１である場合、主として上半部方向にのみ光を放射させることが容易であるので、前記回転楕円面反射鏡８２は略上半部のみで良いなど、放熱的に楽となる利点も生じる。なお、図中に符号８６、８７で示すものは補助リフレクタである。
特開２００２−０５６７０８号公報 特開２００５−２７６８０５号公報

しかしながら、上記した従来のプロジェクター型ヘッドライト８０、９０においては、投影レンズ８４、９４が、光源から発せられる熱に対応するために単一素材であるガラスで凸レンズ状に形成されているものであるので、第二焦点の一点から放射される光を投影すると、配光パターン上に凸レンズの色収差によって、配光規格に定められた以上の色つきを生じる部分が発生してしまうという問題点を生じていた。

この問題を解決するために、従来はシェード８３、９３の板厚を増して対応していた。即ち、前記シェード８３、９３の板厚を増すことで、板厚面の前後の各位置で反射した光が、前記投影レンズ８４、９４内の各部分を混和されながら透過するものとなり、各色が混ざり合って、特定の発色が行われることを防止していた。

但し、このようにすることで、確かに、照射光に特定の発色を生じることはなくなるが、前記シェード８３、９３の板厚が増されたことで、本来は投影レンズ８４、９４に達するべき光がシェード８３、９３の肉厚により遮蔽される。或いは、照射を目的とする方向からずれた方向に反射する光の割合が増えるなどの現象も生じ、有効となるべき光量も少なからず損失するという問題点も生じていた。

本発明は、上記した従来の課題に鑑みてなされたものであり、光源がＬＥＤに変更されたことで、前記投影レンズに要求される耐熱性も低下させることが可能となったので、ＬＥＤを光源とするプロジェクター型ヘッドライト用の投影レンズであって、前記投影レンズは、低屈折・低分散の樹脂部材を採用した両凸レンズと、高屈折・高分散の樹脂部材を採用したメニスカスレンズとを、二色成形、または、インサート成形で一体化して形成し、前記投影レンズの外径部には、この投影レンズの前記プロジェクター型ヘッドライトへの取付機能と、前記投影レンズ以外としての光学的機能とを有するフランジ部が設けられていることを特徴とするプロジェクター型ヘッドライト用の投影レンズを提供することで、色消しレンズ（アクロマート）として配光特性に色つきを生じないものとして課題を解決するものである。

本発明により、異なる屈折率・分散率の透明樹脂部材の二種類を用いて、二色成形、または、インサート成形で、両凸レンズとメニスカスレンズの組合わせとした投影レンズを形成したことで、主として、補色である赤色光と青色光とを重ならせ、色消しすることで配光特性に着色を生じないプロジェクター型ヘッドライトの実現を可能として、この種のヘッドライトの品質の向上に優れた効果を奏するものである。

つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に符号１で示すものは本発明に係るプロジェクター型ヘッドライト用の投影レンズであり、この投影レンズ１は、上記でも説明したように光源がＬＥＤ化され、投影レンズ１の耐熱性も低いものとすることが可能となったので、投影レンズ１を形成する素材として、無色透明な樹脂部材を選択している。

同時に、屈折率・分散率の異なる２種類の樹脂部材を用いて、２枚のレンズ１Ａ、１Ｂとが貼り合わされた形状とし、夫々のレンズの形状を工夫することで、いわゆる色消しレンズ（アクロマート＝二色色消し）とし、薄いシェード２を使用したときにも配光特性に色つきを生じないようにするものである。

ここで、さらに詳細に投影レンズ１の構成について説明を行えば、この投影レンズ１は上記したように２枚のレンズが組合わされて構成されるものであり、この実施例においては、前記投影レンズ１は、例えばメタクリル樹脂など、屈折率（１．４９）、分散（アッベ数 ５８）である樹脂部材で形成された両面が凸面である両凸レンズ１Ａと、前記両凸レンズ１Ａよりも高い屈折率（１．５８）、分散（アッベ数３１）である例えばポリカーボネート樹脂などで形成された一方の面が凸面であり他方の面が凹面であるメニスカスレンズ１Ｂの組合わせにより形成されている。

このときに、高屈折率の樹脂部材で形成されるメニスカスレンズ１Ｂの凹面側と、それよりも低屈折率の樹脂部材で形成される両凸レンズ１Ａとの貼り合わせ面Ｈは、両レンズ１Ａ、１Ｂが同じ曲率の球面として形成され、そして、この実施形態では、後に説明する形成方法で述べるように空気層を挟まない状態で完全に密接している。

尚、本発明の実施に当たっては、上記説明のように、前記両凸レンズ１Ａはメタクリル樹脂、メニスカスレンズ１Ｂはポリカーボネート樹脂に限定するものでなく、前記メニスカスレンズ１Ｂの側をシクロオレフィン樹脂で形成しても良いものであるが、一般的な傾向として両レンズ１Ａ、１Ｂ間の屈折率の差が大きいほど、色消し効果が高く、発明者による試作の結果ではメタクリル樹脂とポリカーボネート樹脂との組合せで最適の結果が得られた。

図２、図３は、上記に説明したレンズ１を形成するときの、工程の一例であり、先ず、メニスカスレンズ１Ｂを形成するための金型２０を用意し、この金型２０の内部にポリカーボネート樹脂を射出成形などの手段で注入し、この金型２０内にメニスカスレンズ１Ｂを形成する。

このときに、前記メニスカスレンズ１Ｂを形成するための金型２０は凸面状である部分を形成する前半部２０ａと、凹面状である後半部２０ｂとを形成する部分とに分割可能な構成とされており、前記メニスカスレンズ１Ｂの成型が終了した時点で、後半部２０ｂが外される。

そして、図３に示すように前記後半部２０ｂの金型に換えて、前記両凸レンズ１Ａの後面の凸面が形成された金型である第二の後半部２０ｃが、前の工程で内部に前記メニスカスレンズ１Ｂを保持する金型２０ａに取付けられる。したがって、前半部２０ａと、第二の後半部２０ｃとが組合わされた内部には、前記両凸レンズ１Ａと同じ形状の空隙が存在するものとなる。

よって、前記第二の後半部２０ｃの空隙中にメタクリル樹脂を注入すれば、前記両凸レンズ１Ａと同じ形状である空隙中にメタクリル樹脂が充填され、いわゆる二色成型法により前記両凸レンズ１Ａが形成されるものとなり、このときには、前記メニスカスレンズ１Ｂは、前の成型時に金型２０ａに密着した状態にあるので、お互いの間に空気層、気泡などを含むことなく両レンズ１Ａ、１Ｂは完全に密接して形成されるものとなる。

尚、上記の製造工程に当たっては、前記投影レンズ１を、例えば、取付けるためのフランジ１Ｃなども同時に形成されるものとされる。また、例えば、前記メニスカスレンズ１Ｂ（或いは、凸レンズ１Ａでも可）を予めに別金型（図示せず）で形成しておき、上記した金型２０の前半部２０ａと、第二の後半部２０ｃとが一対に組合わされた形状とされた金型の、前半部２０ａに相当する部分にメニスカスレンズ１Ｂを嵌め込み、そして、前記両凸レンズ１Ａに相当する空間にメタクリル樹脂を注入する、いわゆるインサートモールドの方法で形成しても良いものである。

尚、図４に示すように、上記に説明した両レンズ１Ａ，１Ｂの製造工程を利用して、同時に、この投影レンズ１を、灯具１０のレンズホルダー３など取付けるためのフランジ１Ｃを、例えば投影レンズ１の周縁部に設けるなどは自在であり、工数の低減の面からも好ましいものとなる。

ここで、上記のように両凸レンズ１Ａとメニスカスレンズ１Ｂとを密接して形成する利点について述べれば、上記２つのレンズ１Ａ、１Ｂ間の対峙する面に間隔を生じていても色消し効果としては、ほぼ同じ作用、効果が得られると言われている。但し、レンズとしての透過効率は、光の進行方向に直交する大気との接触面の数が増えるほど低下すると言われているので、本発明のように、２つのレンズ１Ａ、１Ｂは間に空気層を含まないように密着させるのが、透過率の向上の観点から有利である。

図４〜図６に示すものは、本発明により投影レンズ１が樹脂化されたことにより金型などによる部分的な微細加工が、容易になったことを利用し例えば、前記投影レンズ１とレンズホルダー３で支持されるフランジ１Ｃの外周間に、例えば表裏面が平行となる装飾用、或いは、特殊配光用の透光部１Ｄを設けた例であり、図４に示すものは、投影レンズ１としての有効部分Ｅと、前記レンズホルダー３に支持される間に、前記透光部１Ｄを設け、この透光部１Ｄには、例えば、放射状、同心円状などとしたローレットカット４を設けたものである。

このようにすることで、光源を点灯すると、リング状に前記ローレットカット４が光輝し、ガラスの投影レンズでは不可能であった種々の装飾効果が、容易に得られるものとなり、また、前記ローレットカット４は金型２０ａに形成すれば良いものであるので、特別なコスト上昇も生じることなく実施できるものとなる。

図５は、前記透光部１Ｄを利用して、例えば、高速道路を跨いで設置された案内標識などを読むための配光を得ようとするものであり、投影レンズ１としての有効部分Ｅとレンズホルダー３に支持される部分との間で、かつ、上方など一部には、光を直進させる、或いは、適宜に上向きに屈折させる透光部１Ｅが設けられている。

そして、図５に示した透光部１Ｅが設けられた投影レンズ１が取付けられた車両用灯具１０の反射鏡１１には、図６に示すように、前記透光部１Ｄに対応する位置には、光源１２からの光を上向きに反射する小反射面１１ａが設けられており、前記反射面１１ａからの光は前記投光部１Ｄを通過して外部に放射される。

このように形成した灯具の配光特性の例を示すものが図７であり、水平線から下半部には通常の走行用の配光特性ＨＬが投射されると共に、対向車に眩惑を感じさせない程度に上方には標識読取用の配光特性ＨＨが現れる。

図８は本発明により形成された灯具１０の外観を示すものであり、従来から使用されているプロジェクタ型としたヘッドライトと、全く同じ形状であり、投影レンズ１を透明樹脂化したことで特に観視者に違和感を生じさせることもない。

本発明に係る投影レンズの構成を示す断面図である 同じく本発明に係る投影レンズの形成方法の第一工程を示す説明図である。 同じく投影レンズの形成方法の第二工程を示す説明図である。 本発明に係る投影レンズの別の実施形態を示す説明図である。 本発明に係る投影レンズの更に別の実施形態を示す説明図である。 更に別の実施形態による投影レンズを採用した灯具の構成の例を示す断面図である。 更に別の実施形態により得られる投影レンズによる配光特性の例を示す説明図である。 本発明の投影レンズを採用したヘッドランプの外観を示す斜視図である。 従来の放電灯を光源とする投影レンズの例を示す説明図である。 従来のＬＥＤを光源とする投影レンズの例を示す説明図である。

符号の説明

１…投影レンズ
１Ａ…両凸レンズ
１Ｂ…メニスカスレンズ
１Ｃ…フランジ
１Ｄ、１Ｅ…透光部
２…シェード
３…レンズホルダー
４…ローレットカット
１０…灯具
１１…反射面
１１ａ…小反射面
２０…金型
２０ａ…前半部
２０ｂ…後半部
２０ｃ…第二の後半部

Claims (3)

1. ＬＥＤを光源とするプロジェクター型ヘッドライト用の投影レンズであって、前記投影レンズは、低屈折・低分散の樹脂部材を採用した両凸レンズと、高屈折・高分散の樹脂部材を採用したメニスカスレンズとを、二色成形、または、インサート成形で一体化して形成し、前記投影レンズの外径部には、この投影レンズの前記プロジェクター型ヘッドライトへの取付機能と、前記投影レンズ以外としての光学的機能とを有するフランジ部が設けられていることを特徴とするプロジェクター型ヘッドライト用の投影レンズ。
2. 前記投影レンズを形成するために採用する樹脂部材は、透明でかつ熱可塑性である、ポリカーボネート系樹脂、メタクリル系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂の何れかの組合せであることを特徴とする請求項１記載のプロジェクター型ヘッドライト用の投影レンズ。
3. 前記両凸レンズがメタクリル系樹脂であり、前記メニスカスレンズがポリカーボネート系樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロジェクター型ヘッドライト用の投影レンズ。

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