衍射透镜和使用其的车载用灯具制造技术

本发明专利技术提供一种在使用白色光源的车载用灯具中，能够使近光光束的明暗截止线良好地成像，较薄且成形性良好的衍射透镜和使用它的车载用灯具。本发明专利技术的光线的入射侧和出射侧两者都是凸状的衍射透镜，在所述出射侧形成有衍射级数的绝对值在5级以上的出射衍射面，具有出射衍射面的包络面的面顶点处的曲率的绝对值小于入射面的面顶点处的曲率的绝对值的形状，或者具有出射衍射面的包络面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值小于入射面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值的最大值的形状。

Diffraction lenses and vehicle lamps using them

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】衍射透镜和使用其的车载用灯具
本专利技术涉及衍射透镜和使用其的车载用灯具。
技术介绍
作为本专利技术的
技术介绍
，在专利文献1中，公开了对于摄像机和投影仪等中使用的透镜，为了维持其光学性能而使其变薄，由利用了高级衍射光的衍射透镜构成。而且，启示了该衍射透镜也能够应用于车载用灯具。另外，在专利文献2中，公开了为了缩短车载用灯具的全长而使用菲涅尔透镜的结构。进而，在专利文献3中，公开了作为光盘用物镜，为了对于多个波长共用而使用衍射透镜。现有技术方向专利文献专利文献1：日本特开2016-1203号公报专利文献2：日本特开2008-181717号公报专利文献3：日本特开2005-18967号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题对于车载用前照灯中使用的透镜，要求其变薄，并且要求确保近光光束照射时的明暗截止线的成像性能。专利文献1中记载的衍射透镜是弯月透镜(一面由凹面、另一面由比其曲率更大的凸面构成的透镜)，衍射透镜的光栅面容易因模具成形中脱模、冷却的过程中发生的应力而变形。结果，用作车载用前照灯的情况下，存在近光光束的明暗截止线的成像性能(对比度)降低的课题。专利文献2中记载的透镜是车载用透镜，但因为是菲涅尔透镜，所以存在不能充分得到近光光束的明暗截止线的成像性能的课题。此处，菲涅尔透镜指的是将一致地连续的透镜曲面从光轴起在面内辐射状地等间隔地、或者在光轴方向上将面的高度等间隔地划分、保持划分后的面形状地在光轴方向上将面的高度切割对齐而使其变薄的透镜。因此，难以同时满足用于得到要求的透镜特性的包络面的形状和规定透镜光焦度的相位函数。专利文献3中记载的透镜不是车载用的透镜而是光盘用透镜，但作为衍射透镜是一般已知的，具有使信息记录面在传感器上成像的功能。该衍射透镜为了用于多个波长的激光而使用了1级衍射光，但为了作为车载用前照灯而用于白色光，衍射效率降低和产生多余的高级衍射光的杂散光等成为课题。本专利技术目的在于提供一种在使用白色光源的车载用灯具中，能够使近光光束的明暗截止线良好地成像，较薄且成形性良好的衍射透镜。用于解决课题的技术方案本专利技术是一种光线的入射侧和出射侧两者都是凸状的衍射透镜，其特征在于：在所述出射侧形成有衍射级数的绝对值在5级以上的出射衍射面，具有所述出射衍射面的包络面的面顶点处的曲率的绝对值小于入射面的面顶点处的曲率的绝对值的形状，或者具有所述出射衍射面的包络面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值小于所述入射面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值的最大值的形状。专利技术效果根据本专利技术，能够提供一种在使用白色光源的车载灯具中，能够使近光光束的明暗截止线良好地成像，较薄且成形性良好的衍射透镜。附图说明图1是表示实施例1的衍射透镜的形状的侧视图。图2是表示衍射透镜的尺寸规格的例子的图。图3是说明环带边界的半径位置的计算方法的图。图4是说明近光光束照射时的明暗截止线的形成的原理的图。图5是表示近光光束照射时的配光分布的基准特性的图。图6是表示实施例1的衍射透镜形成的近光光束的配光分布的图。图7是表示实施例1的衍射透镜形成的远光光束的配光分布的图。图8是表示实施例2的衍射透镜的形状的侧视图。图9是表示衍射透镜的尺寸规格的例子的图。图10是表示实施例3的衍射透镜的形状的侧视图。图11是表示衍射透镜的尺寸规格的例子的图。图12是表示不满足条件(第三特征)的衍射透镜的配光分布的图。图13是实施例4的车载用灯具的结构图。具体实施方式以下，对于本专利技术的实施例使用附图进行说明。在实施例1～3中，对于在近光光束照射时可以得到适当的光学性能(配光分布)的衍射透镜的形状进行叙述，并且在实施例4中，对于使用衍射透镜的车载用灯具的结构进行叙述。实施例1图1是表示实施例1的衍射透镜的形状的侧视图，图2用一览表表示了衍射透镜的尺寸规格的例子。图1中，来自假想光源103的入射光线104对衍射透镜101的左侧的入射面102入射，从右侧的出射面105成为大致平行光地出射。如后所述，在假想光源103的位置，配置用于形成机动车前照灯的近光光束照射时的明暗截止线的遮挡物即遮光罩。以该遮光罩的边缘的影在无限远(实质上比十几m更远的位置)成像的方式，设计该衍射透镜101的形状。在衍射透镜101的出射面105，配置了以光轴106为中心的具有与光轴106大致平行的高低差的环带状的衍射透镜面107(也称为出射衍射面)。衍射透镜面107由将高低差的中央位置相连而成的包络面108的形状规定其大致形状，并且以对透过由高低差划分的其两侧的环带的光线赋予规定的光路差的方式设计。本实施例中，如图2所示，在设计中心波长550nm时使40级衍射光(高级衍射光)产生大致100％的衍射效率。其衍射条件是垂直入射光的光路差相对于折射率n和高低差d由(n-1)d决定，该光路差是波长的40倍即可。具体而言，作为透镜材料使用上述中心波长时的折射率n是1.494的丙烯酸树脂，通过使高低差d为46μm程度能够实现。因为对于倾斜入射的光线，实现上述光路差的高低差变化，所以上述高低差量在倾斜入射光线较多的外周区域实际上比该高低差略深。关于衍射透镜面107中的入射角和出射角，设光栅间距为p、对上述包络面108的入射光线的入射角为θ1、波长为λ、N级衍射光的出射角为θ2、入射空间的折射率为n1、出射空间的折射率为n2时，数学式1的关系成立。[式1]由数学式1可知，0级光的情况下是对于包络面满足通常的折射定律(斯涅尔定律)的出射角，从它起各级数的出射角按级数以等间隔的角度间隔决定。但是，本实施例的衍射透镜相当于所谓闪耀衍射光栅，所以通过采用在设计级数的波长时在规定的入射角成为上述光路差的深度的光栅形状，能够使能量集中在规定的级数。此处，衍射透镜面的光栅间距p为了使衍射面起到透镜作用而不是一定值，而必须是向外周逐渐使间距变细。该设计中，通常将通过衍射面附加的光路差的分布表达为相位函数，对于其系数的值，通过在光学设计软件中优化而决定。设对于透镜的瞳半径坐标按有效半径R归一化得到的归一化半径为ρ时，相位函数φ(ρ)一般用数学式2表达。[式2]φ(ρ)＝α0+α2ρ2+α4ρ4+......此处，α0、α2、α4分别是相位函数的0级、2级、4级的系数。用它决定衍射透镜的环带边界的半径位置。图3是说明环带边界的半径位置的计算方法的图。图的横轴是归一化半径ρ、纵轴是相位函数值φ(ρ)，在相位函数值是2π的整数倍的每个半径位置决定该环带边界1301的半径位置。此时，对于衍射透镜的光栅间距p，可以根据对相位函数的某一半径ρ处的局部的倾斜乘以间距p得到的相位变化成为2Nπ的条件(数学式3)，如数学式4所示地求出。[式3][式4]本实施例中的光栅间距p，根据设计的相位函数在最外周是90.4μm。这样使用高级的衍射光的情况下，在波动光学的设计上，以实用的衍射效率产生40级衍射光的波段仅有以550nm为中心非常窄的范围。但是，在其两侧39级和41级、进而在其两侧38级和42级这样，逐级地产生相邻的衍射级数。结果，实质上成为与在整个可见光波段中连续地得到较高的衍射效率等价的作用。相邻的衍射级数的衍射角接近设计波长的衍射角，实质上不会成为多余的杂散光，成为实用上可利用的光。与此相对，专利文献3等中记载的使用1级衍射光的衍射透镜的情况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光线的入射侧和出射侧两者都是凸状的衍射透镜，其特征在于：在所述出射侧形成有衍射级数的绝对值在5级以上的出射衍射面，具有所述出射衍射面的包络面的面顶点处的曲率的绝对值小于入射面的面顶点处的曲率的绝对值的形状，或者具有所述出射衍射面的包络面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值小于所述入射面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值的最大值的形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.17 JP 2017-0057721.一种光线的入射侧和出射侧两者都是凸状的衍射透镜，其特征在于：在所述出射侧形成有衍射级数的绝对值在5级以上的出射衍射面，具有所述出射衍射面的包络面的面顶点处的曲率的绝对值小于入射面的面顶点处的曲率的绝对值的形状，或者具有所述出射衍射面的包络面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值小于所述入射面的外周部的光轴方向的弛垂量的绝对值的最大值的形状。2.如权利要求1所述的衍射透镜，其特征在于：透镜有效区域的最外周的面间隔相对于所述入射面的面顶点与所述出射衍射面的包络面的面顶点的间隔的比在0.25以上、0.5以下。3.如权利要求1所述的衍射透镜，其特征在于：所述出射衍射面的透镜光焦度相对于所述入射面和所述出...

【专利技术属性】
技术研发人员：岛野健，
申请(专利权)人：麦克赛尔情映科技株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP