(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カットオフラインを有する配光パターンを形成するためのプロジェクタレンズにおいて、
該プロジェクタレンズの前方側表面の前記カットオフライン近傍に対応する所定範囲に複数の凸状部もしくは凹状部を規則的に設け、
前記プロジェクタレンズの焦点に、該プロジェクタレンズの光軸に直交しかつ互いに直交する第１の軸、第２の軸を設定し、
前記所定範囲に、該第１の軸を含み該第１の軸に関して前記所定範囲の第１の範囲内で第１の角度毎に回転する第１の平面と、前記第２の軸を含み該第２の軸に関して前記所定範囲の第２の範囲内で第２の角度毎に回転する第２の平面と、前記プロジェクタレンズの前方側表面との交点を設定し、
該各交点に前記凸状部もしくは凹状部を設けたプロジェクタレンズ。
【請求項２】
前記凸状部もしくは凹状部は、
半径R = (P2 + 4H2)/8H
但し、Ｈは前記凸状部もしくは凹状部の高さもしくは深さ、
Ｐは前記凸状部もしくは凹状部の大きさ
によって規定される球面を有する請求項１に記載のプロジェクタレンズ。
【請求項３】
カットオフラインを有する配光パターンを形成するためのプロジェクタレンズの製造方法において、
該プロジェクタレンズの前方側表面の前記カットオフライン近傍に対応する所定範囲に複数の凸状部もしくは凹状部を規則的に設定して前記カットオフライン近傍のスペクトル色領域のスペクトル色を観察するシミュレーション工程と、
前記所定範囲と前記凸状部もしくは凹状部の設定位置及び形状とを変更して前記シミュレーション工程を繰返して前記所定範囲と前記凸状部もしくは凹状部の設定位置及び形状とを最適化するフィードバック工程と
を具備し、
前記プロジェクタレンズの焦点に、該プロジェクタレンズの光軸に直交しかつ互いに直交する第１の軸、第２の軸を設定し、
前記所定範囲に、該第１の軸を含み該第１の軸に関して前記所定範囲の第１の範囲内で第１の角度毎に回転する第１の平面と、前記第２の軸を含み該第２の軸に関して前記所定範囲の第２の範囲内で第２の角度毎に回転する第２の平面と、前記プロジェクタレンズの前方側表面との交点を設定し、
該各交点に前記凸状部もしくは凹状部を設け、
前記シミュレーション工程は、
前記所定範囲の前記第１、第２の範囲の少なくとも１つを可変とする範囲可変工程と、
前記第１、第２の角度を可変とする角度可変工程と、
前記凸状部あるいは凹状部のサイズを可変とするサイズ可変工程と
を具備することを特徴とするプロジェクタレンズの製造方法。
【請求項４】
前記凸状部もしくは凹状部は、
半径R = (P2 + 4H2)/8H
但し、Ｈは前記凸状部もしくは凹状部の高さもしくは深さ、
Ｐは前記凸状部もしくは凹状部の大きさ
によって規定される球面を有し、
前記サイズ可変工程は、
前記凸状部もしくは凹状部の高さもしくは深さを可変とする工程と、
前記凸状部もしくは凹状部の大きさを可変とする工程と
を具備する請求項３に記載のプロジェクタレンズの製造方法。
【請求項５】
楕円反射鏡と、
該楕円反射鏡の第１の焦点位置に設けられた光源と、
前記楕円反射鏡の第２の焦点位置近傍に設けられたカットオフライン形成用シェードと、
前記楕円反射鏡の前記第２の焦点位置を焦点とする請求項１または２に記載のプロジェクタレンズと
を具備する自動車用ヘッドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は投影レンズ（以下、プロジェクタレンズとする）及びその製造方法並びにこのプロジェクタレンズを用いた自動車用ヘッドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は第１の従来の自動車用ヘッドランプを示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はシミュレーション画像である（参照：特許文献１の第３図、第４図）。このヘッドランプはロービーム配光パターン用である。
【０００３】
図５においては、自動車前後方向に延びた光軸Ｘ上の二焦点式の楕円反射鏡１０１の第１の焦点位置Ｆ１に光源１０２を設け、楕円反射鏡１０１の第２の焦点位置Ｆ２近傍にカットオフライン（明暗境界線とも言う）形成用のシェード１０３を設け、楕円反射鏡１０１での反射光を平凸レンズよりなるプロジェクタレンズ１０４を介して前方にほぼ平行光Ｌを配光している。
【０００４】
しかしながら、図５のプロジェクタレンズ１０４の屈折率は波長に応じて異なる、つまり、分散する。一般に、波長が短い程、屈折率は大きくなる。この分散に起因して軸上色収差が発生する。たとえば、青色光Ｂ、緑色光Ｇ及び赤色光Ｒは、スクリーンSB、SG及びSR上に現われる。尚、図５の（Ａ）におけるプロジェクタレンズ１０４とスクリーンSB、SG、SRとの距離は大きくたとえば10mである。すなわち、図６に示すごとく、配光パターンのカットオフライン１０５に沿ったスペクトル色領域１０６にスペクトル色が現われる。たとえば、スペクトル色は、赤色、緑色あるいは青色等の単色もしくはこれらの複数の色よりなる。従って、対向車のドライバにとっては、視線が上述のスペクトル色の赤色領域にあるときは、ヘッドランプの光は赤色に見え、緑色領域にあるときには、ヘッドランプの光は緑色に見え、青色領域にあるときには、ヘッドランプの光は青色に見えるという不具合がある。
【０００５】
図７は図５のプロジェクタレンズを示し、（Ａ）は拡大斜視図、（Ｂ）は拡大断面図、（Ｃ）はカットオフライン近傍の配光パターン光のシミュレーション画像である。
【０００６】
図７の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、プロジェクタレンズ１０４はレンズホルダ１０７に嵌め込まれている。また、図７の（Ｃ）において、プロジェクタレンズ１０４からのカットオフライン１０５近傍のカットオフライン配光パターン光１０８の下方には、図７の（Ｃ）には図示していないが、図７の（Ｂ）の平行光Ｌが存在するので、図６の（Ｂ）のカットオフライン１０５近傍のスペクトル色領域１０６にスペクトル色が現われると考えられる。
【０００７】
第２の従来の自動車用ヘッドランプはプロジェクタレンズ１０４の光の出射側表面にプロジェクタレンズ１０４の出射光の一部を分散させるための微小凹凸面を研磨剤によって形成することにより、上述のカットオフライン１０５上に沿ったスペクトル色領域１０６のスペクトル色の発生を抑制している (参照：特許文献１の第２図)。あるいは、プロジェクタレンズ１０４の出射側表面をサンドブラスト加工によるシボ形状にすることによってもカットオフライン１０５近傍のスペクトル色領域１０６のスペクトル色の発生を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−１２２９０２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、上述の第２の従来の自動車用ヘッドランプにおいては、研磨剤加工による微小凹凸面あるいはサンドブラスト加工によるシボ形状は高精度に制御することができず、この結果、スペクトル色領域のスペクトル色の発生を完全に抑制することはできないという課題があった。また、シミュレーションによる再現ができず、この結果、試作コストの上昇を招き、この結果、製造コストが高くなるという課題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために、本発明に係るプロジェクタレンズは、カットオフラインを有する配光パターンを形成するためのプロジェクタレンズにおいて、プロジェクタレンズの前方側表面のカットオフライン近傍に対応する所定範囲に複数の凸状部もしくは凹状部を規則的に設け、プロジェクタレンズの焦点に、プロジェクタレンズの光軸に直交しかつ互いに直交する第１の軸、第２の軸を設定し、所定範囲に、第１の軸を含み第１の軸に関して所定範囲の第１の範囲内で第１の角度毎に回転する第１の平面と、第２の軸を含み第２の軸に関して所定範囲の第２の範囲内で第２の角度毎に回転する第２の平面と、プロジェクタレンズの前方側表面との交点を設定し、各交点に凸状部もしくは凹状部を設けたものである。
【００１１】
また、本発明に係るプロジェクタレンズの製造方法は、カットオフラインを有する配光パターンを形成するためのプロジェクタレンズの製造方法において、プロジェクタレンズの前方側表面のカットオフライン近傍に対応する所定範囲に複数の凸状部もしくは凹状部を規則的に設定してカットオフライン近傍のスペクトル色領域のスペクトル色を観察するシミュレーション工程と、所定範囲と凸状部もしくは凹状部の設定位置及び形状とを変更してシミュレーション工程を繰返して所定範囲と凸状部もしくは凹状部の設定位置及び形状とを最適化するフィードバック工程とを具備し、プロジェクタレンズの焦点に、プロジェクタレンズの光軸に直交しかつ互いに直交する第１の軸、第２の軸を設定し、所定範囲に、第１の軸を含み第１の軸に関して所定範囲の第１の範囲内で第１の角度毎に回転する第１の平面と、第２の軸を含み第２の軸に関して所定範囲の第２の範囲内で第２の角度毎に回転する第２の平面と、プロジェクタレンズの前方側表面との交点を設定し、各交点に凸状部もしくは凹状部を設け、シミュレーション工程は、所定範囲の第１、第２の範囲の少なくとも１つを可変とする範囲可変工程と、第１、第２の角度を可変とする角度可変工程と、凸状部あるいは凹状部のサイズを可変とするサイズ可変工程とを具備するものである。
【００１２】
さらに、本発明に係る自動車用ヘッドランプは、楕円反射鏡と、楕円反射鏡の第１の焦点位置に設けられた光源と、楕円反射鏡の第２の焦点位置近傍に設けられたカットオフライン形成用シェードと、楕円反射鏡の第２の焦点位置を焦点とする上述のプロジェクタレンズとを具備したものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の凸状部もしくは凹状部が高精度に制御できるので、カットオフライン近傍のスペクトル色領域のスペクトル色の発生を完全に抑制できる。また、複数の凸状部もしくは凹状部がシミュレーションによって再現できるので、試作コストの抑制ができ、従って、製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るプロジェクタレンズの実施の形態を示し、（Ａ）は拡大斜視図、（Ｂ）は拡大断面図、（Ｃ）は（Ａ）、（Ｂ）のプロジェクタレンズのカットオフライン近傍のカットオフライン配光パターン光のシミュレーション画像である。
【図２】図１のプロジェクタレンズの凸状部を説明するための図であって、（Ａ）は凸状部が形成されるプロジェクタレンズの球面上の交点を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の交点の作成方法を示す斜視図、（Ｃ）は凸状部のサイズを説明するための図である。
【図３】図１、図２のプロジェクタレンズの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】図２の（Ｃ）の凸状部の代りの凸状部を説明する図である。
【図５】第１の従来の自動車用ヘッドランプを示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はシミュレーション画像である。
【図６】図４のカットオフライン配光パターンを説明するための図であって、（Ａ）は道路上におけるカットオフライン及びスペクトル色領域を示し、（Ｂ）はそのシミュレーション画像を示す。
【図７】図５のプロジェクタレンズを示し、（Ａ）は拡大斜視図、（Ｂ）は拡大断面図、（Ｃ）は（Ａ）、（Ｂ）のプロジェクタレンズのカットオフライン近傍のカットオフライン配光パターン光のシミュレーション画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明に係るプロジェクタレンズの実施の形態を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は（Ａ）、（Ｂ）のプロジェクタレンズのカットオフライン近傍のカットオフライン配光パターン光のシミュレーション画像である。
【００１６】
図１の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、平凸レンズよりなるプロジェクタレンズ４はレンズホルダ７に嵌め込まれている。プロジェクタレンズ４の前方の凸側表面のカットオフライン付近のみに複数の凸状部４ａを規則的に施す。この結果、図１の（Ｃ）に示すごとく、カットオフライン近傍のカットオフライン配光パターン光６は分散されると共にその拡がりは10m前方においてたとえば5度以内とする。これにより、カットオフライン配光パターン光８の下方には、図１の（Ｃ）には図示していない図７の（Ｂ）の平行光Ｌが存在するが、この平行光Ｌの配光パターンの均一の乱れを最小とすることができる。
【００１７】
図２は図１のプロジェクタレンズ４の凸状部４ａを説明するための図であって、（Ａ）は凸状部４ａが形成されるプロジェクタレンズの球面上の交点を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の交点の作成方法を示す斜視図、（Ｃ）は（Ａ）、（Ｂ）の凸状部４ａのサイズを説明するための図である。
【００１８】
図２の（Ａ）に示すように、凸状部４ａが形成されるプロジェクタレンズ４の球面表面には格子状に複数の交点Ｅが設定される。図２の（Ｂ）に示すように、この交点Ｅの設定範囲は、焦点Ｆ２に互い直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を設定する。この場合、Ｚ軸はプロジェクタレンズ４の光軸である。各交点Ｅは、Ｘ軸を含む所定範囲内で所定角θX毎に回転する平面Ａと、Ｙ軸を含み所定範囲内で所定角θYで回転する平面Ｂと、プロジェクタレンズ４の球面表面との交点によって設定される。この場合、交点Ｅの設定範囲は、平面Ａの上下最大回転角度及び平面Ｂの左右最大回転角度によって規定される。但し、この場合、後者の平面Ｂの左右最大回転角度はプロジェクタレンズの直径に依存して固定とする。
【００１９】
また、図２の（Ｃ）に示すように、凸状部４ａはその高さＨ及び大きさＰによって規定される。この場合の凸状部４ａの球状面の半径Ｒは、
R = (P2+ 4H2)/8H
となる。
【００２０】
すなわち、図１の凸状部４ａは、次の４つのパラメータによって規定される。
１）凸状部４ａの設定範囲つまりＸ軸を回転する平面Ａの回転範囲。
２）交点Ｅのピッチ（密度）つまりＸ軸を回転する平面Ａ及びＹ軸を回転する平面Ｂの回転角度θX、θY。
３）凸状部４ａの球面の高さＨ。
４）凸状部４ａの球面の大きさＰ。
【００２１】
図３は図１、図２のプロジェクタレンズの製造方法つまり凸状部の設計方法を説明するためのフローチャートである。尚、このフローチャートはCPU、ROM、RAM等によって構成されるコンピュータによって実行される。
【００２２】
始めに、ステップ３０１において、上述の４つのパラメータの初期値を設定する。すなわち、
１）初期値としての交点設定範囲は平面Ａの上下角度を10度とする。尚、平面Ｂの左右角度はプロジェクタレンズ４の直径に合致させて一定値とする。
２）交点Ｅの初期値としてのピッチつまり回転角度θX、θYは交点Ｅのピッチ0.6mmに相当する値とする。
３）凸状部４ａの初期値としての高さＨは0.002mmとする。
４）凸状部４ａの初期値としての大きさＰは0.3mmとする。
【００２３】
ステップ３０２、３０３は、交点設定範囲を可変とするシミュレーション工程であり、ステップ３０４はステップ３０２、３０３を観察スペクトル色に基づいて繰返して交点設定範囲を最適化するフィードバック工程である。
【００２４】
すなわち、ステップ３０２にて、交点設定範囲を平面Ａの上下角度の範囲8度〜15度内でたとえば1度毎に変更させ、ステップ３０３にて図５の（Ａ）の自動車用ヘッドランプの設計データをも用いてシミュレーションを行い、カットオフライン近傍のスペクトル色領域のスペクトル色のシミュレーション像を得て観察する。このステップ３０２、３０３をフィードバックステップ３０４によって繰り返し、この結果、スペクトル色がなくなった平面Ａの上下角度の最小値を最適化角度として固定してステップ３０５に進む。尚、平面Ａの可変範囲の最大値たとえば15度はカットオフライン規格によって規定されるものである。
【００２５】
ステップ３０５、３０６は、交点設定角度（ピッチ）θX、θYを可変とするシミュレーション工程であり、ステップ３０７はステップ３０６、３０７を観察スペクトル色に基づいて繰返して交点設定角度θX、θYを最適化するフィードバック工程である。
【００２６】
すなわち、ステップ３０５にて、交点設定角度θX、θYを凸状部４ａの間隔の範囲（ピッチ）0.4mm〜1.0mm相当の角度範囲内でたとえば0.1mm毎に変更させ、ステップ３０６にて図５の（Ａ）の自動車用ヘッドランプの設計データをも用いてシミュレーションを行い、カットオフライン近傍のスペクトル色領域のスペクトル色のシミュレーション像を得て観察する。このステップ３０５、３０６をフィードバックステップ３０７によって繰り返し、この結果、スペクトル色がなくなった角度θX、θYの最大値を最適化角度として固定してステップ３０８に進む。尚、この場合、角度θX、θYは同一値でも異なる値でもよい。
【００２７】
ステップ３０８、３０９は凸状部４ａの高さＨを可変とするシミュレーション工程であり、ステップ３１０はステップ３０８、３０９を観察スペクトル色に基づいて繰返して凸状部４ａの高さＨを最適化するフィードバック工程である。
【００２８】
すなわち、ステップ３０８にて、凸状部４ａの高さＨを範囲0.002mm〜0.005mm内でたとえば0.001mm毎に変更させて球状面の半径Ｒを計算し、ステップ３０９にて図５の（Ａ）の自動車用ヘッドランプの設計データをも用いてシミュレーションを行い、カットオフライン近傍のスペクトル色領域のスペクトル色のシミュレーション像を得て観察する。このステップ３０８、３０９をフィードバックステップ３１０によって繰り返し、この結果、スペクトル色がなくなった凸状部４ａの高さＨの最小値を最適化高さとして固定してステップ３１１に進む。
【００２９】
ステップ３１１、３１２は凸状部４ａの大きさＰを可変とするシミュレーション工程であり、ステップ３１３はステップ３１１、３１２を観察スペクトル色に基づいて繰返して凸状部４ａの大きさＰを最適化するフィードバック工程である。
【００３０】
すなわち、ステップ３１１にて、凸状部４ａの大きさＰを範囲0.2mm〜0.5mm内でたとえば0.1mm毎に変更させて球状面の半径Ｒを計算し、ステップ３１２にて図５の（Ａ）の自動車用ヘッドランプの設計データをも用いてシミュレーションを行い、カットオフライン近傍のスペクトル色領域のスペクトル色のシミュレーション像を得て観察する。このステップ３１１、３１２をフィードバックステップ３１３によって繰り返し、この結果、スペクトル色がなくなった凸状部４ａの大きさＰの最小値を最適化大きさとして固定してステップ３１４に進む。
【００３１】
このようにして、上述の４つのパラメータは最適化される。尚、ステップ３０２、３０３、３０４のフロー、ステップ３０５、３０６、３０７のフロー、ステップ３０８、３０９、３１０のフロー、及びステップ３１１、３１２、３１３のフローの順序は適宜変更できる。
【００３２】
図４は図２の（Ｃ）の変更例を示し、図１、図２、図３の凸状部４ａの代りに凹状部（ディンプル）４ｂを用いている。すなわち、凹状部（ディンプル）４ｂの場合には高さＨが反転されて深さＤ（Ｄ＝Ｈ）となるが、凹状部４ｂは凸状部４ａと同様の設計条件の基で同一の作用をなす。
【符号の説明】
【００３３】
４：プロジェクタレンズ
４ａ：凸状部 
４ｂ：凹状部（ディンプル） 
７：レンズホルダ 
８：カットオフライン配光パターン光
１０１：楕円反射鏡
１０２：光源
１０３：シェード
１０４：プロジェクタレンズ
１０５：カットオフライン
１０６：スペクトル色領域
１０７：レンズホルダ 
１０８：カットオフライン配光パターン光
Ｅ：交点 
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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