(57)【要約】【課題】投影される像の拡大率がレンズの各領域においてほぼ一定で、焦点付近の配光を相対的に投影する。【解決手段】フレネルレンズ１は、その表面１ａに複数のフレネルステップが形成され、且つ、裏面１ｂにはフレネルステップに対応して区切られた複数の裏面ステップを形成したレンズであって、フレネルステップと対応する裏面ステップの組は、全ての組において拡大率が略一定となるように形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源が略焦点位置となるように配置した投影レンズと、を備えた車両用前照灯において、
前記投影レンズは、その表面に複数のフレネルステップが形成され、且つ、裏面には前記フレネルステップに対応して区切られた複数の裏面ステップを形成したレンズであって、
前記フレネルステップと対応する前記裏面ステップの組は、全ての組において拡大率が略一定となるように形成されていることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項２】
前記裏面ステップは、光軸と垂直な後方焦点距離が異なる複数の面で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
【請求項３】
前記光源を第一焦点とし、前記投影レンズの後方焦点近傍に第二焦点を有する略楕円系の反射面を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用前照灯。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の車両用前照灯を構成する投影レンズを製造する方法において、
コリメータレンズの後方焦点から光軸と垂直に交わる直線上に光源の大きさを考慮した所定の位置を決定し、決定した位置に光源があると仮定し、放射される光が前記コリメータレンズを透過した後に一定角度となるように、それぞれの焦点距離と投影レンズの厚さを測定して前記裏面ステップを形成することを特徴とする投影レンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は投影レンズにフレネルレンズを用いた車両用前照灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用前照灯の投影レンズとしてフレネルレンズが採用さている（例えば、特許文献１参照）。フレネルレンズは、その焦点から出射した光線が光軸と平行になるように屈折させるレンズが形成されている。両面レンズに比べて薄型、軽量であるという利点がある一方、従来のフレネルレンズは、レンズの各領域において像の拡大率が一定でなく、焦点付近の配光がレンズの部位によって異なった倍率で投影されるという課題があった。
【特許文献１】特開２００６−１３７３６７号公報  第３頁〜第４頁  図２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなフレネルレンズを搭載した灯具の場合、実際には光源は点光源でない（光軸に対して所定の奥行きと面積を有する）ため、レンズ後方焦点に一致しない位置の光源からの光による像は異なった倍率で投影される。図１０は、従来のフレネルレンズを使用したさいにおける光軸付近の拡大率を説明するための図である。図に示すように、光軸Ａｘ（中心）から離れるほど円形形状の光源の投影像は楕円状に歪みを生じている。これは、光軸Ａｘから離れるにつれてレンズの拡大率が大きくなっていることが判る。
【０００４】
本発明は投影される像の拡大率がレンズの各領域においてほぼ一定で、焦点付近の配光を相似的に投影することができる車両用前照灯を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の車両用前照灯は、光源と、前記光源が略焦点位置となるように配置した投影レンズと、を備えた車両用前照灯において、前記投影レンズは、その表面に複数のフレネルステップが形成され、且つ、裏面には前記フレネルステップに対応して区切られた複数の裏面ステップを形成したレンズであって、前記フレネルステップと対応する前記裏面ステップの組は、全ての組において拡大率が略一定となるように形成されていることを特徴とする。この構成によれば、投影される像の拡大率がレンズの各領域においてほぼ一定となるため、焦点付近の配光を相対的に投影することができる。
【０００６】
本発明において、前記裏面ステップは、光軸と垂直な後方焦点距離が異なる複数の面で構成されていることを特徴とする。この構成によれば、適切なステップ形成により、投影される像の拡大率がレンズの各領域においてほぼ一定となるように調整することができる。
【０００７】
本発明において、前記光源を第一焦点とし、前記投影レンズの後方焦点近傍に第二焦点を有する略楕円系の反射面を備えたことを特徴とする。この構成によれば、反射面で配光を制御でき、自由度が高い。又、放電灯、ハロゲンランプ等使用した際に、投影レンズへの入射光量を最大限とすることができるので、光源からの出射光を効率よく前方へ照射することができる。
【０００８】
本発明の車両用前照灯を構成する投影レンズは、コリメータレンズの後方焦点から光軸と垂直に交わる直線上に光源の大きさを考慮した所定の位置を決定し、決定した位置に光源があると仮定し、放射される光が前記コリメータレンズを透過した後に一定角度となるように、それぞれの焦点距離と投影レンズの厚さを測定して前記裏面ステップを形成することで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の第１の実施の形態における車両用前照灯を示す垂直断面図、図２は正面図である。図１から図２に示す車両用前照灯は、光軸Ａｘ上に配置されるフレネルレンズ１及び光源２を備える。光源２はレンズ後方焦点近傍に光軸Ａｘと直交する方向に配列された５つのＬＥＤ２ａを備え、光源２から出射した光はフレネルレンズ１を透過して前方に進行する。
【００１０】
図３は本発明の第２の実施の形態における車両用前照灯を示す垂直断面図、図３に示す車両用前照灯は、光軸Ａｘ上に配置されるフレネルレンズ１、光源２及びリフレクタ３を備える。リフレクタ３は略楕円系の反射面を備え、その第一点に光源２が位置し、第二点フレネルレンズ１の後方焦点が位置する。光源２から出射した光はリフレクタ３で反射されフレネルレンズ１を透過して前方に進行する。
【００１１】
フレネルレンズ１は複数の同心円状の段差ｓで分けられた複数のフレネルステップＡ〜Ｃから構成されているが、全ての領域で拡大率が一定となるように形成されていることを特徴とする。具体的には、フレネルレンズ１の表面１ａだけでなく、対応する裏面１ｂにも段差を設け、光軸と垂直で、後方焦点距離が異なる複数の面を構成し、拡大率が一定となるように形成されている。
【００１２】
図４はフレネルレンズ１の表側の外形を示す斜視図である。また、図５はフレネルレンズ１の側面図である。図に示すように、表面１ａのフレネルステップに対応して適切に裏面１ｂにステップａ〜ｃが形成されており、これによりそれぞれのフレネルステップにおける拡大率がほぼ一定になるよう調整されている。
【００１３】
次にフレネルレンズ１の製造方法について説明する。まず、コリメータレンズの後方焦点から光軸と垂直に交わる直線上に、光源の大きさ（幅、長さ）を考慮した所定の位置を決定する。つぎに、所定の位置に光源があると仮定し、放射される光がコリメータレンズを透過した後に一定角度となるように、それぞれの焦点距離（レンズ裏面から点光源の垂直な面までの距離）とレンズの厚さ（各フレネルステップが仮にコリメータレンズであった場合、その光軸が通る中腹の部分の厚さ）を測定する。上記の工程を繰り返してフレネルレンズの裏面ステップを形成する。
【００１４】
図６は第１の実施の形態における車両用前照灯の配光パターンを示す図であり、図９は通常のフレネルレンズを搭載した車両用前照灯の配光パターンを示す図である。なお、図６及び図９は、光軸と垂直なレンズ焦点近傍を通過する水平線に光源（５つのＬＥＤ）を並べた場合、その光源からの光が２５ｍスクリーンに投影される光源の像を示している。図に示すように、すべてのフレネルステップにおいて投影形状が光軸（中心）付近とほぼ同様で、収差も適切に補正されていることが判る。
【００１５】
図７は第２の実施の形態における車両用前照灯の２５ｍスクリーンにおける配光パターンを示す図である。一方、図１０は通常のフレネルレンズを搭載した車両用前照灯の２５ｍスクリーンにおける配光パターンを示す図である。また、図８は図３で点線で示される仮想スクリーン４に映る配光パターンを示しており、フレネルレンズを通過すると図７に示す配光パターンを得ることができる。フレネルレンズを通過する前の図８の仮想スクリーン４における配光パターンが、そのまま上下が逆になって、図７の配光パターンが投影されていることがわかる。又、図に示すように、第２の実施の形態における車両用前照灯の車両前方の左右両側における配光が、通常のフレネルレンズを搭載する従来の車両用前照灯の同領域における配光に比較してシャープになっている。この配光パターンは、平凸レンズを搭載した従来の車両用前照灯の配光パターンに近く、良好な配光が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における車両用前照灯を示す垂直断面図
【図２】図１に示した車両用前照灯を示す正面図
【図３】本発明の第２の実施の形態における車両用前照灯を示す垂直断面図
【図４】フレネルレンズの表側の外形を示す斜視図
【図５】フレネルレンズの側面図
【図６】第１の実施の形態における車両用前照灯の配光パターンを示す図
【図７】第２の実施の形態における車両用前照灯の配光パターンを示す図
【図８】図３に示される仮想スクリーン４に投影される配光パターンを示す図
【図９】第１の実施の形態において、通常のフレネルレンズを搭載した車両用前照灯の配光パターンを示す図
【図１０】第２の実施の形態において、通常のフレネルレンズを搭載した車両用前照灯の配光パターンを示す図
【符号の説明】
【００１７】
１  フレネルレンズ
２  光源
３  リフレクタ
４  仮想スクリーン
Ｓ  段差
Ａ〜Ｃ  フレネルステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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