(57)【要約】【課題】従来の車両用ヘッドライトの測定装置においては、配光スクリーン上に車両用ヘッドライトに基づく配光以外のノイズ（迷光）が入り込む場合があり、その原因は不明であった。【解決手段】  本発明の車両用ヘッドライトの測定装置は、被測定車両のヘッドライト光を集光するフレネルレンズと、該フレネルレンズから収束した配光を受像する配光スクリーンと、該受像した配光を検出するカメラと、該カメラが検出した配光を表示する表示装置とよりなり、前記フレネルレンズは、球面収差を修正した非球面レンズに基づき形成されることを特徴とする。【選択図】図１
2019045454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定車両のヘッドライト光を集光するフレネルレンズと、
該フレネルレンズから収束した配光を受像する配光スクリーンと、
該受像した配光を検出するカメラと、
該カメラが検出した配光を表示する表示装置とよりなり、
前記フレネルレンズは、球面収差を修正した非球面レンズに基づき形成されることを特徴とする車両用ヘッドライトの測定装置。
【請求項２】
前記球面収差を修正した非球面レンズの表面形状は、非球面式に基づいて形成されることを特徴とする請求項１記載の車両用ヘッドライトの測定装置。
【請求項３】
前記非球面式は、数（１）であることを特徴とする請求項２記載の車両用ヘッドライトの測定装置。
【数１】
2019045454.tif 000009
前記数（１）において、Ｚ（ｓ）は、サグ量、ｓは、光軸からの距離、Ｃは、曲率、ｋは、コーニック定数、Ａ４、６、８・・・は、非球面係数を示す。
【請求項４】
前記数（１）において、所望の次数以上の非球面係数を０とすることを特徴とする請求項３に記載の車両用ヘッドライトの測定装置。
【請求項５】
前記非球面式は、数（２）であることを特徴とする請求項２記載の車両用ヘッドライトの測定装置。
【数２】
2019045454.tif 000010
前記数（２）において、Ｚ（ｓ）は、サグ量、ｓは、光軸からの距離、Ｃは、曲率、ｋは、コーニック定数を示す。
【請求項６】
前記非球面式は、数（３）であることを特徴とする請求項２記載の車両用ヘッドライトの測定装置。
【数３】
2019045454.tif 000011
前記数（３）において、Ｚ（ｓ）は、サグ量、ｓは、光軸からの距離、Ｃは、曲率、ｋは、コーニック定数、Ａ４は、非球面係数を示す。
【請求項７】
前記フレネルレンズの後方に、前記フレネルレンズの上部で集光された光を、更に、光軸側に屈折させるための追加レンズを設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の車両用ヘッドライトの測定装置。
【請求項８】
前記追加レンズは、上部分が、球面収差を修正した非球面レンズに基づき形成された非球面フレネルレンズの光軸よりも上部分の形状に形成され、下部分は、光線を通過させるだけの屈折機能を持たない形状に形成されたレンズであることを特徴とする請求項７に記載の車両用ヘッドライトの測定装置。
【請求項９】
前記追加レンズは、球面収差を修正した非球面レンズに基づき形成された非球面フレネルレンズの光軸よりも上部分の形状に形成されたレンズであることを特徴とする請求項７に記載の車両用ヘッドライトの測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用ヘッドライトの測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用ヘッドライト（前照灯）は、例えば、対向車の運転車を眩惑させないようにするなど様々な条件を満たす必要がある。そのため、車検時などに、車両用ヘッドライトの光軸や配光のカットオフラインやエルボー点や光度のバランス点などを測定し、その測定値が許容範囲内にあるかを、検査する必要がある。
【０００３】
このような測定装置として、例えば、特許文献１に記載の車両用ヘッドライトの測定装置がある。
【０００４】
図９及び図１０は、前記従来の車両用ヘッドライトの測定装置１を示し、該測定装置１は、図９に示すように、床面に敷設されたレール上を左右方向に移動する台車２と、該台車２に立設した支柱３と、該支柱３に上下動可能に設けた略直方体状の筐体４と、該筺体４に設けた液晶モニタなどの表示装置５及び演算記憶処理装置６とから構成されている。
【０００５】
また、前記筐体４は、図１０に示すように、該筐体４の前面には被測定車両のヘッドライト光を受け集光するためのフレネルレンズ７が固定されていると共に、該筐体４の内部後方に、該フレネルレンズ７からの収束した配光を受像するための配光スクリーン８が固定され、また、該筐体４内の中間上方に、前記配光スクリーン８が受像した配光を検出するためのＣＣＤカメラなどの撮像カメラ９が固定されている。
【０００６】
なお、前記フレネルレンズ７は、図１１（ａ）に示すような凸状の球面形状レンズ１０に基づき、該球面形状レンズ１０から屈折作用が存在しないレンズ内部１０ａを取り除き、図１１（ｂ）に示すように、屈折作用が存在するレンズ表面１０ｂのみで構成して形成されたレンズをいう。
【０００７】
前記従来の車両用ヘッドライトの測定装置においては、該配光スクリーン８上に受像されたヘッドライトの配光を前記撮像カメラ９で撮像して、該カメラ９が検出した配光を前記表示装置５に表示し、該表示された画像から、光軸やカットオフラインやエルボー点や光度のバランス点などの被測定位置を検査していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−３９７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記配光スクリーンに受像される車両用ヘッドライトの配光像は、本来、例えば、図１２に示すような、矩形状の下部分１１ａと、該下部分１１ａの上辺の中央から左側に向かって徐々に上方に延びる三角形状の上部分１１ｂとよりなる光源形状１１であれば、該光源形状と同形の形状となるものが、実際には、図１３の丸で囲んだ部分に示すように、スクリーン上部に、該車両用ヘッドライトに基づく配光以外の配光らしきノイズ（迷光）がうっすらと入り込むような場合があった。
【００１０】
そして、そのノイズが、測定点や測定ゾーンの正確な評価の妨げとなる場合があった。
【００１１】
そこで、本発明者は、前記配光スクリーンの配光像中のノイズ（迷光）の原因が、前記フレネルレンズの製造誤差によるものと想定し、結像光学的観点と照明光学的観点から、フレネルレンズの製造誤差に基づく収差について解析するために、光源、フレネルレンズ、受光器（配光スクリーン）などからなるヘッドライトテスターと同様の環境を設計し、シミュレーションを行った。
【００１２】
そして、光源としては、自動車用ヘッドライトの配光特性規定及びヘッドライトテスターの製造試験用光源を参考に、図１２に示すような、左通行用自動車ヘッドライト形状に設計した。また、フレネルレンズの製造誤差に関するフレネルレンズのエッジ高さの誤差、頂点形状（丸みの曲率）、バックカット角度などを変更すると共に、受光器の設置位置などを変更し、また、フレネルレンズのエッジの製造誤差と、バックカット角度はレンズの周辺部になるほど大きくなり、収差の原因となると予想されるため、前記レンズの前方に遮光物体を設置するなどして、シミュレーションした。
【００１３】
その結果、レンズ周辺部を通過してきた光が原因と考えられる、前記受光器上部に伸びる収差（ノイズ）が確認できたが、該収差は、前記フレネルレンズの製造誤差の有無やバックカット角度に関わらず、生じた。そのため、かかる収差は、フレネルレンズの製造誤差ではなく、フレネルレンズの球面収差により、レンズ周辺部の屈折角が大きくなり、レンズ周辺部を通過してきた光が受光器上部に到達したと予想され、また、その収差の照明形状が、ヘッドライトテスターで発生しているノイズ（迷光）の形状に近い照明であった。
【００１４】
そこで、次に、フレネルレンズの球面収差による影響を解析した結果、球面形状レンズに基づくフレネルレンズにおいては、ロービーム配光特性には存在しない、スクリーン上部の照明分布が確認できたが、非球面レンズに基づくフレネルレンズにおいては、スクリーン上部のノイズの低減が見られ、従って、ノイズ（迷光）の主な原因が、フレネルレンズの球面収差（レンズ周辺部の屈折角が大きいこと）であり、球面収差によってフレネルレンズの下部に入射した光が大きく屈折し、受光器上部に到達することでノイズ（迷光）が生じていることを解明でき、本発明に至るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は前記の目的を達成すべく、本発明のヘッドライトの測定装置は、被測定車両のヘッドライト光を集光するフレネルレンズと、該フレネルレンズから収束した配光を受像する配光スクリーンと、該受像した配光を検出するカメラと、該カメラが検出した配光を表示する表示装置とよりなり、前記フレネルレンズは、球面収差を修正した非球面レンズに基づき形成されることを特徴とする。
【００１６】
また、前記球面収差を修正した非球面レンズの表面形状は、非球面式に基づいて形成されることを特徴とする。
【００１７】
また、前記非球面式は、数（１）であることを特徴とする。
【数１】
2019045454.tif 000003
なお、前記数（１）において、Ｚ（ｓ）は、サグ量、ｓは、光軸からの距離、Ｃは、曲率、ｋは、コーニック定数、Ａ４、６、８・・・は、非球面係数を示す。
【００１８】
また、前記数（１）において、所望の次数以上の非球面係数を０とすることを特徴とする。
【００１９】
また、前記非球面式は、数（２）又は、数（３）であることを特徴とする。
【数２】
2019045454.tif 000004
【数３】
2019045454.tif 000005
【００２０】
また、前記フレネルレンズの後方に、前記フレネルレンズの上部で集光された光を、更に、光軸側に屈折させるための追加レンズを設けたことを特徴とする。
【００２１】
また、前記追加レンズは、上部分が、球面収差を修正した非球面レンズに基づき形成された非球面フレネルレンズの光軸よりも上部分の形状に形成され、下部分は、光線を通過させるだけの屈折機能を持たない形状に形成されたレンズであることを特徴とする。
【００２２】
また、前記追加レンズは、球面収差を修正した非球面レンズに基づき形成された非球面フレネルレンズの光軸よりも上部分の形状に形成されたレンズであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ノイズ（迷光）を除去できる車両用ヘッドライトの測定装置を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の車両用ヘッドライトの測定装置の非球面フレネルレンズの基となる非球面レンズの側面図である。
【図２】ロービーム配光特性規定を参考にして設計されたロービーム配光特性の照度分布図である。
【図３】球面フレネルレンズの車両ヘッドライトの測定装置の照度分布図である。
【図４】本発明の実施例１の車両用ヘッドライトの測定装置の照度分布図である。
【図５】本発明の実施例２の車両ヘッドライトの測定装置の箱体の縦断側面図である。
【図６】本発明の実施例２の車両ヘッドライトの測定装置の追加レンズの説明用正面図である。
【図７】本発明の実施例２の車両ヘッドライトの測定装置の追加レンズの説明用縦断側面図である。
【図８】本発明の実施例２の車両用ヘッドライトの測定装置の照度分布図である。
【図９】従来の車両用ヘッドライトの測定装置の正面図である。
【図１０】該測定装置の筐体の縦断側面図である。
【図１１】従来の球面形状レンズと、球面フレネルレンズの側面図である。
【図１２】設計された光源形状の図である。
【図１３】ノイズ（迷光）が映り込んだスクリーン図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面によって本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２６】
本発明においては、従来の球面形状レンズ１０に基づいて形成されたフレネルレンズ７を用いる代わりに、図１に示すように、球面収差を修正した非球面レンズ（凸レンズ）１２に基づいて形成された非球面フレネルレンズを用いる。
【００２７】
即ち、前記非球面レンズ１２の入力側の表面形状１２ａを、光軸に平行な光線が、該レンズを通過した後に、光軸上の一点を通過するような形状に形成される。なお、前記非球面レンズ１２の出力側の表面形状１２ｂは、平面状に形成される。
【００２８】
そして、前記球面収差を修正した非球面レンズ１２の表面形状１２ａは、非球面式で設計され、具体的には、サグ量が数（１）で示す形状で形成される。
【００２９】
【数１】
2019045454.tif 000006
【００３０】
前記数（１）において、Ｚ（ｓ）は、サグ量を示し、ｓは、光軸からの距離を示し、Ｃは、曲率を示し、ｋは、コーニック定数を示し、Ａ４、６、８・・・は、４次、６次、８次、・・・の各次数の非球面係数を示す。なお、Ｓ４が４次、Ｓ６が６次、Ｓ８が８次、・・・のように表現される。
【００３１】
なお、前記数（１）の非球面係数は、高次の係数を用いるほど球面収差を減らすことができ、優れた集光性能を持つ非球面レンズを設計できるが、同時に高い製造精度が求められ結果的に製造コストの増加に繋がってしまう。
【００３２】
そこで、ヘッドライトテスターと同様の環境を設計し、非球面係数の次数ごとにフレネルレンズを設計し、前記図１２の光源を用いて、スクリーンに投映される照度分布解析をシミュレーションした結果、数（２）のように、コーニック定数のみで設計したフレネルレンズと、数（３）のように、前記数（１）の非球面係数の次数が４次までの非球面係数で設計したフレネルレンズで十分に光源形状を再現できることがわかった。
【００３３】
【数２】
2019045454.tif 000007
【００３４】
【数３】
2019045454.tif 000008
【００３５】
従って、本発明においては、前記数（１）は、所望の次数以上の非球面係数を０とすることが好ましく、特に、数（２）、または、数（３）となる非球面レンズに基づくフレネルレンズを使用することが好ましい。
【００３６】
なお、前記コーニック係数と非球面係数とは、最高次数に基づき最適となるように設計される。
【００３７】
次に、球面形状レンズに基づく球面フレネルレンズと、非球面レンズに基づく非球面フレネルレンズを用いて、照度解析を行うために、光源、フレネルレンズ、受光器（配光スクリーン）などからなるヘッドライトテスターと同様の環境を設計し、シミュレーションを行い、照度分布解析を行った。
【００３８】
そして、光源としては、ヘッドランプメーカーのＯＳＲＡＭ社製のハロゲンランプである９００６ＸＳＳＴモデルを用い、該ハロゲンランプの周辺に反射率１００％の仮想反射物体をリフレクターとして設置し、該ヘッドランプとリフレクターによるヘッドライトの配光をＥＣＥ（国連欧州経済委員会）によるロービーム配光特性規定を参考にして調整し、図２に示す配光特性をもつロービームヘッドライトを設計し、球面形状レンズに基づくフレネルレンズと、非球面レンズに基づくフレネルレンズを用いて、照度解析を行った
【００３９】
その結果、球面レンズに基づく球面フレネルレンズにおいては、前記ロービーム配光特性には存在しない、図３に示すようなスクリーン上部の照明分布が確認できたが、非球面レンズに基づく非球面フレネルレンズ（前記非球面式において、４次までの非球面係数で設計したフレネルレンズ）においては、図４に示すように、スクリーン上部のノイズの低減が見られた。
【００４０】
本発明によれば、ノイズ（迷光）を除去することができので、測定点や測定ゾーンの正確な評価ができるようになる。
【実施例２】
【００４１】
前記フレネルレンズの非球面化によりノイズの発生を抑えることができたが、図２に示すロービーム配光特性と、図４に示す非球面フレネルレンズによるスクリーンに投映された配光とを比較すると、該配光には、まだ、ノイズが見られる。
【００４２】
そこで、逆光線追跡解析をした結果、かかるノイズの原因はヘッドライトの光源であるハロゲンランプから放出された光がリフレクター下部に入射し、そして、反射してフレネルレンズの光軸付近上部に入射するが屈折力が足りずに集光しきれずに、スクリーン上部に到達することが判明した。
【００４３】
従って、前記フレネルレンズ上部に入射する光に対する、光軸側への屈折力を増加することでノイズの除去が可能である。しかしながら、屈折力を増加、すなわち、フレネルレンズの上部の屈折角を大きくするには、曲率半径及び非球面式のパラメータを変更することが必要となるが、パラメータを変更することは、球面収差以外の収差の増加原因となる。
【００４４】
そこで、図５に示すように、前記非球面フレネルレンズ１３の後方に、ノイズ除去用の追加レンズ１４を配置すると共に、前記非球面フレネルレンズ１３の光軸と、前記追加レンズ１４の光軸とを一致するように設ける。
【００４５】
また、前記追加レンズ１４は、例えば、図６及び図７に示すように、上部分１４ａが、所望の焦点距離を有する、球面収差を修正した非球面レンズに基づき形成された非球面フレネルレンズの光軸よりも上部分の形状に形成され、また、下部分１４ｂは、光線を通過させるだけの屈折機能を持たないフラット面形状に形成される。
【００４６】
前記追加レンズ１４の追加により、ノイズの原因となるスクリーン上部に向かう光線は、前記ノイズ除去レンズ１４の上部に入射し、−Ｙ方向（下側方向）へと屈折されることでスクリーンへのノイズ（迷光）が発生しない。
【００４７】
また、前記追加除去レンズ１４の下部分１４ｂのフラット面は光線を通過するだけなので、ヘッドライトのロービーム配光に影響を与えないようになる。
【００４８】
なお、前記追加レンズ１４の下部分１４ｂを省略して、上部分１４ａのみで形成するようにしてもよい。
【００４９】
図８は、前記非球面フレネルレンズ１３の後方に前記ノイズ除去用フレネルレンズ１４を用いた場合の配光解析結果であり、スクリーン上部のノイズは見られず、図２に示すロービーム配光特性を忠実に再現することができた。
【００５０】
なお、非球面レンズと、該非球面レンズに基づく非球面フレネルレンズとで、照度解析を行った結果、非球面レンズには、ノイズは発生していかなった。
【００５１】
これは、フレネルレンズを作成する際、近軸理論を適用してフレネルレンズ設計がされるため、通常レンズとは異なる集光性能となり、非球面フレネルレンズでは、ヘッドライトから発せられた近軸の光線に対する屈折力が足りなくなり、スクリーン上部にノイズが発生するのだと考えられる。
【００５２】
本発明の実施例２においては、更に、ノイズ（迷光）を除去することができるので、測定点や測定ゾーンの正確な評価ができるようになる。
【００５３】
なお、実施例１、実施例２における照度解析において、波長依存性も調べたところ、可視光線領域の光源であれば、波長依存性がないことが分かった。従って、本発明においては、光源として、ハロゲンランプ以外に、ＬＥＤランプなどを使用する車両にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のヘッドライトの測定装置は、乗用車その他の自動車の製造工程又は車検整備を行う車両整備工場棟で有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１      測定装置
２      台車
３      支柱
４      筐体
５      表示装置
６      演算記憶処理装置
７      フレネルレンズ
８      配光スクリーン
９      撮像カメラ
１０    球面形状レンズ
１０ａ  レンズ内部
１０ｂ  レンズ表面
１１    光源形状
１１ａ  下部分
１１ｂ  上部分
１２    非球面レンズ
１２ａ  表面形状
１２ｂ  表面形状
１３    非球面フレネルレンズ
１４    追加レンズ
１４ａ  上半分
１４ｂ  下半分
【図１】
2019045454.tif 000012
【図２】
2019045454.tif 000013
【図３】
2019045454.tif 000014
【図４】
2019045454.tif 000015
【図５】
2019045454.tif 000016
【図６】
2019045454.tif 000017
【図７】
2019045454.tif 000018
【図８】
2019045454.tif 000019
【図９】
2019045454.tif 000020
【図１０】
2019045454.tif 000021
【図１１】
2019045454.tif 000022
【図１２】
2019045454.tif 000023
【図１３】
2019045454.tif 000024