JP2012059655A

JP2012059655A - レンズおよびレンズの製造方法

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Publication number: JP2012059655A
Application number: JP2010203955A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yagi; 隆之八木
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2030-09-13
Also published as: US20120065760A1; EP2428831A1; CN102402002A; CN102402002B; JP5618721B2; US9423611B2

Abstract

【課題】配光パターンの形成に光源の発光部の形状を有効に利用することができ、且つ設計自由度の高いレンズを提供する。
【解決手段】投影レンズの入射面の形状を決定するため、まず第１発光点Ｓ１、第２発光点Ｓ２、および第１投影点ｒ１を定義する。次に、第１発光点Ｓ１から発せられた光が仮想入射面ＳＦ１上の入射点Ｐｉへ入射して第１投影点ｒ１に投影され、第２発光点Ｓ２から発せられた光が入射点Ｐｉへ入射して、第１投影点ｒ１から所定の方向に位置する第２投影点ｒ２に投影されるよう、入射点Ｐｉにおける仮想入射面ＳＦ１の入射点法線ベクトルｎｉを算出する。投影レンズの入射面は、複数の入射点Ｐｉにおいて算出された入射点法線ベクトルｎｉを用いて定義される形状となるよう形成される。
【選択図】図６

Description

本発明は、レンズおよびレンズの製造方法に関し、特に、ある設計方法により決定された形状の入射面を持つレンズおよびレンズの製造方法に関する。

近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子の開発が進み、その用途が拡大している。このような半導体発光素子は一般的に平面状の発光部を有する。ここで、このような光源の発光部の形状を有効に利用して所望の配光パターンを形成することが可能なレンズを得るため、入射面および出射面の各々に相互依存する多数のスパンポイントを定義することにより入射面および出射面の各々の形状を決定するレンズの設計方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。一方、まず入射面の形状を決定し、その後出射面の形状を決定する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

米国特許出願公開第２００５／００８６０３２号明細書特開平３−１７４１０９号公報

上述の特許文献１に記載される技術では、入射面の形状と出射面の形状とが同時に決定される。しかしながら、例えばスペースやデザインを考慮して出射面の形状を決定するなどは困難であり、レンズ設計において高い設計自由度を実現するという観点では改善の余地がある。

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、配光パターンの形成に光源の発光部の形状を有効に利用することができ、且つ設計自由度の高いレンズを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のレンズの製造方法は、第１発光点Ｓ１、第２発光点Ｓ２、および第１投影点ｒ１を定義し、第１発光点Ｓ１から発せられた光が仮想入射面上の複数の入射点Ｐｉの各々へ入射して第１投影点ｒ１に投影され、第２発光点Ｓ２から発せられた光が複数の入射点Ｐｉの各々へ入射して、第１投影点ｒ１から所定の方向に位置する第２投影点ｒ２に投影されるよう、複数の入射点Ｐｉの各々における仮想入射面の法線方向ｎｉを算出する工程と、複数の入射点Ｐｉにおいて算出された法線方向ｎｉを用いて仮想入射面の形状を定義する工程と、定義された仮想入射面の形状となるよう入射面を形成する工程と、を備える。

この態様によれば、レンズの入射面の形状をまず決定することができる。このため、例えばスペースやデザインを考慮して出射面の形状をその後決定することができるなど、レンズ設計において高い設計自由度を実現することができる。

第１発光点Ｓ１から発せられ複数の入射点Ｐｉの各々へ入射した光が出射される仮想出射面上の複数の第１出射点Ｐｏ１の各々において、出射した光が第１投影点ｒ１に投影されるよう仮想出射面の法線方向ｎｏ１を算出し、第２発光点Ｓ２から発せられ複数の入射点Ｐｉの各々へ入射した光が出射される仮想出射面上の複数の第２出射点Ｐｏ２の各々における仮想出射面の法線方向ｎｏ２が、複数の第２出射点Ｐｏ２の各々に対し光の入射源である入射点Ｐｉが共通する第１出射点Ｐｏ１の法線方向ｎｏ１と平行であるとして、複数の入射点Ｐｉの各々における仮想入射面の法線方向ｎｉを算出してもよい。

本来、光の入射源である入射点Ｐｉが共通しても、異なる２つの発光点から発せられた光がレンズを通過して出射する２つの出射点では、レンズ表面の法線方向が異なる可能性がある。しかしながらこの態様のように、２つの出射点におけるレンズ表面の法線方向を同じとみなすことにより、出射面の形状を決定することなく入射面の形状をまず決定することができる。

法線方向ｎｉを算出すべき、ある入射点Ｐｉの位置を定義し、その入射点Ｐｉを含み且つその入射点Ｐｉについて算出された法線方向ｎｉを持つ平面上に、法線方向ｎｉを算出すべき次の入射点Ｐｉの位置を定義する、という工程を繰り返すことにより、複数の入射点Ｐｉの各々の位置を定義してもよい。この態様によれば、複数の入射点Ｐｉの位置を簡易に定義することができる。このため、入射面の形状もまた簡易に決定することができる。

第１発光点Ｓ１および第２発光点Ｓ２は、光源の発光面における同一の端縁上に位置するよう定義され、第１投影点ｒ１は、形成すべき投影像のカットオフライン上に位置するよう定義され、複数の入射点Ｐｉの各々における仮想入射面の法線方向ｎｉは、第２発光点Ｓ２から発せられた光が複数の入射点Ｐｉの各々へ入射して、第１投影点ｒ１からカットオフラインの延在方向に位置する第２投影点ｒ２に投影されるよう算出されてもよい。この態様によれば、発光面の端縁の投影像としてカットオフラインを形成することが可能なレンズを簡易に製造することができる。

本発明の別の態様は、レンズである。このレンズは、第１発光点Ｓ１、第２発光点Ｓ２、および第１投影点ｒ１を定義し、第１発光点Ｓ１から発せられた光が仮想入射面上の複数の入射点Ｐｉの各々へ入射して第１投影点ｒ１に投影され、第２発光点Ｓ２から発せられた光が複数の入射点Ｐｉの各々へ入射して、第１投影点ｒ１から所定の方向に位置する第２投影点ｒ２に投影されるよう、複数の入射点Ｐｉの各々における仮想入射面の法線方向ｎｉを算出し、複数の入射点Ｐｉにおいて算出された法線方向ｎｉを用いて定義される仮想入射面の形状となるよう形成された入射面を備える。

この態様によれば、レンズの入射面の形状をまず決定することができるため、高い設計自由度でレンズを設計することが可能となる。

本発明によれば、配光パターンの形成に光源の発光部の形状を有効に利用することができ、且つ設計自由度の高いレンズを提供することができる。

本実施形態に係る投影レンズを搭載した車両用灯具の構成を示す斜視図である。車両用灯具の鉛直断面図である。本実施形態に係る車両用灯具によって形成されるロービーム用配光パターンＰＬを示す図である。第１発光点Ｓ１および第２発光点Ｓ２の定義方法を説明するための図である。第１投影点ｒ１および第２投影点ｒ２の定義方法を説明するための図である。入射点法線ベクトルｎｉの算出方法を説明するための図である。入射点法線ベクトルｎｉを示す図である。（ａ）は、ある入射点Ｐｉにおいて入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）のφまたはθを変化させたときの、第２発光点Ｓ２から発せられた光がスクリーンに到達する点の軌跡を示すことにより、等φ線および等θ線の分布を表した図である。（ｂ）は、ある別の入射点Ｐｉにおいて入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）のφまたはθを変化させたときの、第２発光点Ｓ２から発せられた光がスクリーンに到達する点の軌跡を示すことにより、等φ線および等θ線の分布を表した図である。複数の入射点Ｐｉの定義方法を説明するための図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、定義された仮想入射面ＳＦ１の形状に形成された投影レンズの一例の上面図、右側面図、および斜視図である。本実施形態に係る投影レンズを用いて実際に形成されたＨＺ用配光パターンＰＬ２の形状を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る投影レンズ１４を搭載した車両用灯具１０の構成を示す斜視図である。車両用灯具１０は、光源ユニット１２、投影レンズ１４、およびリフレクタユニット１６を有する。投影レンズ１４は、第１レンズ部１４ａおよび第２レンズ部１４ｂが一体的に形成され構成されている。図２は、この第１レンズ部１４ａの断面を含む車両用灯具１０の鉛直断面図である。

光源ユニット１２は、半導体発光素子２０、基板２２、およびヒートシンク２４を有する。半導体発光素子２０は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を含む光源であり、矩形に形成された発光面を有する。本実施形態においては、発光面の長辺の長さは短辺の約４倍の長さとされている。なお、半導体発光素子２０の発光面の形状がこの形状に限られないことは勿論である。例えば半導体発光素子２０は、正方形に形成された発光面を有していてもよく、また、正方形に形成された発光面を各々が有する個別発光素子を一列または複数列に並べてユニット化されたものであってもよい。

半導体発光素子２０は、発光面の長辺が水平となり、また、発光面が灯具前方より斜め下方に向くよう配置される。本実施形態では、半導体発光素子２０の主光軸、すなわち発光面の垂線が灯具前方から下方に４５度傾くように光源ユニット１２が配置されている。なお、光源ユニット１２の傾斜角度がこれに限られないことは勿論である。

半導体発光素子２０は、実装基板（図示せず）を介してプリント回路基板である基板２２の表面に実装される。基板２２の裏面にはヒートシンク２４が取り付けられている。ヒートシンク２４は、半導体発光素子２０によって発せられた熱を回収し放熱することによって半導体発光素子２０を冷却する。

リフレクタユニット１６は、半導体発光素子２０の下方に配置される。リフレクタユニット１６は、中央リフレクタ３０、左リフレクタ３２、および右リフレクタ３４を含む。中央リフレクタ３０は、半導体発光素子２０の直下から、灯具前方に進むにしたがって下がるよう傾斜して配置される。左リフレクタ３２は、中央リフレクタ３０の左側において、中央リフレクタ３０と同様に灯具前方に進むにしたがって下がるよう傾斜して配置される。右リフレクタ３４は、中央リフレクタ３０の右側において、同じく灯具前方に進むにしたがって下がるよう傾斜して配置される。

投影レンズ１４は、半導体発光素子２０より灯具前方に配置される。以下、入射面１４ｃおよび出射面１４ｄは、第１レンズ部１４ａの入射面および出射面を示すものとする。投影レンズ１４は、入射面１４ｃが半導体発光素子２０の発光面に対向するよう配置される。半導体発光素子２０から発せられた光は、入射面１４ｃから入射し、出射面１４ｄから出射して灯具前方に照射される。

図３は、本実施形態に係る車両用灯具１０によって形成されるロービーム用配光パターンＰＬを示す図である。ロービーム用配光パターンＰＬは、第１カットオフラインＣＬ１および第２カットオフラインＣＬ２を有する。以下、水平線（以下、「Ｈ−Ｈ線」という）と、灯具前方の中央を通過する鉛直線（以下、「Ｖ−Ｖ線」という）との交点は「ＨＶ」として説明する。

第１カットオフラインＣＬ１は、ＨＶより右側において、Ｈ−Ｈ線上に延在する。第２カットオフラインＣＬ２は、ＨＶから左側において、ＨＶから左上がりに傾斜するよう直線的に延在する。

ロービーム用配光パターンＰＬは、広域配光パターンＰＬ１と、第１ホットゾーン用配光パターン（以下、「ＨＺ用配光パターン」という）ＰＬ２と、中央配光パターンＰＬ３とが重なり合うことによって形成される。広域配光パターンＰＬ１は、半導体発光素子２０によって発せられた光がリフレクタユニット１６によって灯具前方に反射されることにより形成される。ＨＺ用配光パターンＰＬ２は、半導体発光素子２０によって発せられた光が投影レンズ１４の第１レンズ部１４ａによって集光され灯具前方に出射されることにより形成される。中央配光パターンＰＬ３は、半導体発光素子２０によって発せられた光が投影レンズ１４の第２レンズ部１４ｂによって集光され灯具前方に出射されることにより形成される。

広域配光パターンＰＬ１は、Ｈ−Ｈ線から下方において水平方向に広がるよう形成される。中央配光パターンＰＬ３は、Ｈ−Ｈ線から下方において、広域配光パターンＰＬ１よりもＶ−Ｖ線寄りの狭い範囲において水平方向に広がるように形成される。広域配光パターンＰＬ１および中央配光パターンＰＬ３のうち、Ｖ−Ｖ線よりも右側の部分の上端によって第１カットオフラインＣＬ１が形成される。このような広域配光パターンＰＬ１を形成するリフレクタは公知であるため、リフレクタユニット１６の構成についての説明は省略する。また、このような中央配光パターンＰＬ３を形成するレンズもまた公知であるため、第２レンズ部１４ｂの構成についての説明もまた省略する。

ＨＺ用配光パターンＰＬ２は、細長い矩形に形成される。ＨＺ用配光パターンＰＬ２は、右上のコーナー部がＨＶに位置し、第２カットオフラインＣＬ２の傾斜方向と平行に傾斜して延在するよう形成される。したがってＨＺ用配光パターンＰＬ２の上縁部によって第２カットオフラインＣＬ２が形成される。

ここで、本実施形態では、半導体発光素子２０の発光面の形状が、ＨＺ用配光パターンＰＬ２と同様に細長い矩形であることから、半導体発光素子２０の発光面を光源像としてそのまま利用して車両前方に投影しＨＺ用配光パターンＰＬ２を形成する。本実施形態では、こうした投影が可能な投影レンズ１４の形状を決定するために、まず入射面１４ｃの形状を決定する。その後、決定された入射面１４ｃの形状を利用して出射面１４ｄの形状を決定する。このように出射面１４ｄの形状を決定する前に入射面１４ｃの形状を決定することにより、スペースやデザインなどの設計条件に応じた出射面１４ｄを決定することが可能となる。

このように入射面１４ｃの形状を最初に決定するため、本実施形態では、まず発光面上に第１発光点Ｓ１および第２発光点Ｓ２を定義し、さらにロービーム用配光パターンＰＬを形成すべき仮想鉛直スクリーン（以下、「スクリーン」という）上に第１投影点ｒ１を定義する。本実施形態に係るスクリーンは、半導体発光素子２０から２５ｍ灯具前方において、灯具光軸と垂直且つ鉛直方向に延びるものをいう。ただし、スクリーンがこれに限られないことは勿論であり、例えば路面上をスクリーンと定義してもよい。

次に、第１発光点Ｓ１から発せられた光が仮想入射面ＳＦ１上の複数の入射点Ｐｉの各々へ入射して第１投影点ｒ１に投影され、第２発光点Ｓ２から発せられた光が複数の入射点Ｐｉの各々へ入射して、第１投影点ｒ１から所定の方向に位置する第２投影点ｒ２に投影されるよう、複数の入射点Ｐｉの各々における仮想入射面ＳＦ１の入射点法線ベクトルｎｉを算出する。最後に、複数の入射点Ｐｉにおいて算出された入射点法線ベクトルｎｉを用いて仮想入射面ＳＦ１の形状を定義する。投影レンズ１４における実際の入射面１４ｃは、このように定義された仮想入射面ＳＦ１の形状となるよう形成される。

以下、この入射面１４ｃの形状の設計方法について、図４〜図１０に関連して詳細に説明する。

図４は、第１発光点Ｓ１および第２発光点Ｓ２の定義方法を説明するための図である。第１発光点Ｓ１および第２発光点Ｓ２は、半導体発光素子２０の発光面２０ａにおける同一の端縁上に位置するよう定義される。具体的には、半導体発光素子２０の右下のコーナー部が、投影レンズ１４によって投影されてＨＺ用配光パターンＰＬ２のＨＶのコーナー部となる。また、発光面２０ａの右下のコーナー部から水平に延びる下縁部が、投影レンズ１４によって投影されてＨＺ用配光パターンＰＬ２の第２カットオフラインＣＬ２となる。このため、第１発光点Ｓ１の位置を、発光面２０ａのうちＨＶに対応する右下のコーナー部に定義する。次に第２発光点Ｓ２の位置を、第２カットオフラインＣＬ２上に対応する下縁部上に定義する。

このとき第２発光点Ｓ２を、第１発光点Ｓ１から微小距離εだけ離れた位置に定義する。この微小距離εは、発光面２０ａの下縁部の半分以下の距離であり、例えば発光面２０ａの下縁部の１００分の１程度の距離であってもよい。

こうして第１発光点Ｓ１および第２発光点Ｓ２は、同一の下縁部上に位置するよう定義される。なお、第１発光点Ｓ１および第２発光点Ｓ２が定義される位置がこれに限られないことは勿論であり、例えば第１発光点Ｓ１がコーナー部以外の縁部に位置するよう定義されてもよい。また、第１発光点Ｓ１および第２発光点Ｓ２が他の縁部上に位置するよう定義されてもよい。

図５は、第１投影点ｒ１および第２投影点ｒ２の定義方法を説明するための図である。第１投影点ｒ１は、形成すべきＨＺ用配光パターンＰＬ２の第２カットオフラインＣＬ２上に位置するよう定義される。本実施形態では、第１発光点Ｓ１を発光面２０ａのコーナー部上に定義しているため、第１投影点ｒ１は第２カットオフラインＣＬ２の右端部、すなわちＨＶ上に定義される。

第２投影点ｒ２は、第１投影点ｒ１から第２カットオフラインＣＬ２の延在方向に位置するよう定義される。これにより第２投影点ｒ２は、第２カットオフラインＣＬ２上に定義される。第２カットオフラインＣＬ２の傾斜角度θｃは、Ｈ−Ｈ線に対し１５度とされている。なお、第２カットオフラインＣＬ２の傾斜角度θｃがこの角度に限定されないことは勿論である。

このとき第２投影点ｒ２は、第２カットオフラインＣＬ２上且つＨＶ近傍ということだけが決められ、この時点では詳細な位置は定義されない。第１発光点Ｓ１が第１投影点ｒ１に投影され、第２発光点Ｓ２が第２カットオフラインＣＬ２上且つＨＶ近傍に投影されれば、発光面２０ａの投影像によってＨＺ用配光パターンＰＬ２を概ね形成することができるからである。

図６は、入射点法線ベクトルｎｉの算出方法を説明するための図である。まず、任意の位置に入射点Ｐｉを定義する。この入射点Ｐｉは、入射面１４ｃが位置すると概ね想定される仮想入射面ＳＦ１上に定義される。

ここで、図７に示すように、入射点Ｐｉにおける仮想入射面ＳＦ１の単位法線ベクトルである入射点法線ベクトルｎｉの方向を極座標（φ，θ）で表現する。以下、「ベクトル」とは、方向のみを表すための単位ベクトルを示すものとする。投影レンズ１４を形成する材料の屈折率と、第１発光点Ｓ１から入射点Ｐｉへ向かう第１入射ベクトルｑ１０（φ，θ）と、入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）とを用いて、入射点Ｐｉからの光の進行方向である第１透過ベクトルｑ１１（φ，θ）を表すことができる。

ここで、第１透過ベクトルｑ１１の先端が仮想出射面ＳＦ２上にあると仮定すると、第１透過ベクトルｑ１１（φ，θ）の先端が、投影レンズ１４から光が出射する第１出射点Ｐｏ１となる。なお、投影レンズ１４の厚みは第１透過ベクトルｑ１１の長さよりも長いが、投影レンズ１４の大きさに対してＨＺ用配光パターンＰＬ２は非常に大きく、第１透過ベクトルｑ１１の先端が仮想出射面ＳＦ２上にあると仮定しても入射面１４ｃの形状の決定に特に問題とはならない。なお、仮想出射面ＳＦ２の位置は第１透過ベクトルｑ１１の先端に限られず、第１透過ベクトルｑ１１の先端よりも入射点Ｐｉから遠くに仮想出射面ＳＦ２が存在すると仮定してもよい。このとき、想定される投影レンズ１４の厚みを考慮して入射点Ｐｉから仮想出射面ＳＦ２への距離が設定されてもよい。

第１出射点Ｐｏ１から出射される光は第１投影点ｒ１へと向かうことから、第１出射点Ｐｏ１から第１投影点ｒ１へ向かう単位ベクトルが第１出射ベクトルｑ１２となる。このため、投影レンズ１４を形成する材料の屈折率と、第１透過ベクトルｑ１１（φ，θ）と、第１出射ベクトルｑ１２（φ，θ）とを用いて、第１出射点Ｐｏ１における仮想出射面ＳＦ２の単位法線ベクトルである第１出射点法線ベクトルｎｏ１（φ，θ）を表すことができる。

次に、投影レンズ１４を形成する材料の屈折率と、第２発光点Ｓ２から入射点Ｐｉに向かう第２入射ベクトルｑ２０（φ，θ）と、入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）とを用いて、入射点Ｐｉからの光の進行方向である第２透過ベクトルｑ２１（φ，θ）を表すことができる。

このとき再び、第２透過ベクトルｑ２１の先端が仮想出射面ＳＦ２上にあると仮定し、第２透過ベクトルｑ２１の先端を、投影レンズ１４から光が出射する第２出射点Ｐｏ２とする。ここで、第１発光点Ｓ１と第２発光点Ｓ２との間隔は微小であり第１出射点Ｐｏ１と第２出射点Ｐｏ２との間隔も微小であることから、第２出射点Ｐｏ２における仮想出射面ＳＦ２の単位法線ベクトルである第２出射点法線ベクトルｎｏ２が、光の入射源である入射点Ｐｉが第２出射点Ｐｏ２と共通する第１出射点Ｐｏ１の第１出射点法線ベクトルｎｏ１と平行、すなわち第２出射点法線ベクトルｎｏ２が第１出射点法線ベクトルｎｏ１と同一であるとみなす。

このため、第２透過ベクトルｑ２１（φ，θ）と、投影レンズ１４を形成する材料の屈折率と、第１出射点法線ベクトルｎｏ１（φ，θ）とを用いて、第２出射ベクトルｑ２２（φ，θ）を表すことができる。第２出射点Ｐｏ２から出射される光は第２投影点ｒ２へと向かうことから、第２出射点Ｐｏ２から第２投影点ｒ２へ向かう単位ベクトルが第２出射ベクトルｑ２２（φ，θ）となる。

図８（ａ）は、ある入射点Ｐｉにおいて入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）のφまたはθを変化させたときの、第２発光点Ｓ２から発せられた光がスクリーンに到達する点の軌跡を示すことにより、等φ線および等θ線の分布を表した図である。図８（ｂ）は、ある別の入射点Ｐｉにおいて入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）のφまたはθを変化させたときの、第２発光点Ｓ２から発せられた光がスクリーンに到達する点の軌跡を示すことにより、等φ線および等θ線の分布を表した図である。具体的には、図８（ａ）は、入射点Ｐｉ（０，１０，１０）における等φ線と等θ線の分布を示している。双方の図は、共に実線が等φ線を表し、破線が等θ線を表す。また、図８（ｂ）は、入射点Ｐｉ（０，１０，１０）における等φ線と等θ線の分布を示している。この入射点Ｐｉの座標は、第１発光点Ｓ１を原点とした座標であり、単位はミリメートとなっている。

これらの等φ線および等θ線は、図７に関連して説明した入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）と第２出射ベクトルｑ２２（φ，θ）との関係に基づいて図示されている。例えば、入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）のφを一定にしてθを変化させたときの第２出射ベクトルｑ２２とスクリーンの交点をプロットすることにより、その値のφでの等φ線が表される。このように様々なφの値について、θを変化させたときの等φ線をスクリーン上に表すことができる。同様に、様々なθの値について、φを変化させたときの等θ線をスクリーン上に表すことができる。

図８（ａ）、図８（ｂ）におけるラインＬ１、ラインＬ２は、ＨＶから第２カットオフラインＣＬ２の延在方向に延びるラインを示している。なお、図８（ａ）および図８（ｂ）は、スクリーンを灯具後方に見ているため、ラインＬ１およびラインＬ２の傾斜方向は、図３や図５に示す第２カットオフラインＣＬ２の傾斜方向と逆方向となっている。

第２出射ベクトルｑ２２（φ，θ）が遠方のスクリーンと交差する点の位置は、入射点Ｐｉの座標と入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）の値により様々に変動する。このため、例えばＰｉ（０，１０，１０）であればラインＬ１上の座標（φ，θ）のいずれかを、Ｐｉ（０，１０，０）であればラインＬ２上の座標（φ，θ）のいずれかを、入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）として決定する。こうして、第２発光点Ｓ２から、決定された入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）を仮想入射面ＳＦ１の入射点Ｐｉにおいて持つ単位面積の面（面素）を通過し、さらに第２出射点Ｐｏ２から出射された光は、第２カットオフラインＣＬ２上の第２投影点ｒ２に投影される。

なお、ラインＬ１やラインＬ２上の座標（φ，θ）は複数存在する。ここで、どの座標に決定するかは、例えば、θを所定値としてφを決定する、φを所定値としてθの解を求め、θの解が複数存在する場合は値が最小の（または最大の）方を選択してθを決定する、θまたはφの値を入射点Ｐｉの座標に応じて変化させ、所定条件を満たすφおよびθを決定する、などの方法で、入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）として採用する座標（φ，θ）を決定する。

図９は、複数の入射点Ｐｉの定義方法を説明するための図である。上記までは、単一の入射点Ｐｉについての入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）の算出方法について説明したが、これを複数の入射点Ｐｉについて同様に実施し、各々の入射点Ｐｉについて入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）を算出する。ここで、滑らかな仮想入射面ＳＦ１の形状を定義するために、以下の手法で、入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）の算出対象となる次の入射点Ｐｉを決定する。

まず、入射点法線ベクトルｎｉを算出すべき、ある最初の入射点Ｐｉの位置を定義し、上述の方法でその入射点Ｐｉにおける入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）を算出する。次に、その入射点Ｐｉを含み且つその入射点Ｐｉについて算出された入射点法線ベクトルｎｉを持つ平面上に、入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）を算出すべき次の入射点Ｐｉの位置を定義する。この工程を繰り返すことにより、複数の入射点Ｐｉの各々の位置を定義する。

図９に示す例では、入射点Ｐｉ０について、まず入射点法線ベクトルｎｉ０（φ，θ）を算出する。次に、入射点Ｐｉ０を含み且つ入射点法線ベクトルｎｉ０（φ，θ）を持つ平面Ｆ０上に入射点Ｐｉ１１を定義し、この入射点Ｐｉ１１について入射点法線ベクトルｎｉ１１（φ，θ）を算出する。このとき入射点Ｐｉ０と入射点Ｐｉ１１との間隔は、任意に設定できる。この間隔が大きいほど精度は落ちるが計算は簡易となり、逆にこの間隔が小さいほど計算の負荷が大きくなるが精度が向上する。さらに入射点Ｐｉ１１を含み且つ入射点法線ベクトルｎｉ１１（φ，θ）を持つ平面Ｆ１１上に入射点Ｐｉ１２を定義する。

一方、これではライン状にしか入射点Ｐｉを定義することができない。このため、平面Ｆ０上に、入射点Ｐｉ１１とは別に入射点Ｐｉ２１を定義し、この入射点Ｐｉ２１について入射点法線ベクトルｎｉ２１（φ，θ）を算出する。さらに入射点Ｐｉ２１を含み且つ入射点法線ベクトルｎｉ２１（φ，θ）を持つ平面Ｆ２１上に入射点Ｐｉ２２を定義する。このような工程を繰り返すことにより、広範囲に広がる複数の入射点Ｐｉの位置を仮想出射面ＳＦ２上に定義することができる。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）は、定義された仮想入射面ＳＦ１の形状に形成された投影レンズ１４の一例の上面図、右側面図、および斜視図である。このように上述の方法を用いて投影レンズ１４の形状を決定することができる。

なお、仮想入射面ＳＦ１の形状を決定するために、算出された複数の入射点Ｐｉの位置と、各々の入射点Ｐｉにおいて算出された入射点法線ベクトルｎｉ（φ，θ）とを用いてカーブフィッティングを実行してもよい。このようなカーブフィッティングの方法は公知であるため説明を省略する。また、第１発光点Ｓ１から発せられた光が第１投影点ｒ１に投影されるような出射面１４ｄの形状は、入射面１４ｃの形状が決定されていれば、その入射面１４ｃの形状に基づいて決定することができる。このように入射面１４ｃの形状に基づいた出射面１４ｄの形状の決定方法は公知であるため説明を省略する。

図１１は、本実施形態に係る投影レンズ１４を用いて実際に形成されたＨＺ用配光パターンＰＬ２の形状を示す図である。破線は目標とするＨＺ用配光パターンＰＬ２の形状を示し、実線は、上記方法によって定義された形状の入射面１４ｃを有する投影レンズ１４によって発光面２０ａが投影されて形成されたＨＺ用配光パターンＰＬ２を示している。実際のＨＺ用配光パターンＰＬ２はコーナー部が非直角となるが、第２カットオフラインＣＬ２はほぼ目標通りに形成することができている。

また、上記のように、スクリーン上におけるＨＶに対応する発光面２０ａの右下コーナー部に第１発光点Ｓ１を定義することによって、ＨＶ付近に強い集光部を設けることができる。このため、適切なロービーム用配光パターンＰＬを形成する車両用灯具１０を提供することができる。また、第１発光点Ｓ１を、発光面２０ａの右下コーナー部から離れた下端部に定義することにより、第２カットオフラインＣＬ２のうち第１発光点Ｓ１に対応する箇所に強い集光部を設け、左右端部に近づくほど緩やかに暗部に移行する第２カットオフラインＣＬ２を形成する車両用灯具１０を提供することができる。

本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そのような例をあげる。

ある変形例ではリフレクタユニット１６が削除され、これに代えて広域配光パターンＰＬ１を形成するためのレンズが設けられる。このレンズは、ＨＺ用配光パターンＰＬ２を形成するためのレンズと一体的に設けられてもよく、別体に設けられていてもよい。これにより、光源ユニット１２とレンズのみによって、ロービーム用配光パターンＰＬを形成することが可能となる。

１０車両用灯具、１２光源ユニット、１４投影レンズ、１４ｃ入射面、１４ｄ出射面、１６リフレクタユニット、２０半導体発光素子、２２基板。

Claims

第１発光点Ｓ１、第２発光点Ｓ２、および第１投影点ｒ１を定義し、第１発光点Ｓ１から発せられた光が仮想入射面上の複数の入射点Ｐｉの各々へ入射して第１投影点ｒ１に投影され、第２発光点Ｓ２から発せられた光が前記複数の入射点Ｐｉの各々へ入射して、第１投影点ｒ１から所定の方向に位置する第２投影点ｒ２に投影されるよう、前記複数の入射点Ｐｉの各々における前記仮想入射面の法線方向ｎｉを算出する工程と、
前記複数の入射点Ｐｉにおいて算出された法線方向ｎｉを用いて前記仮想入射面の形状を定義する工程と、
定義された前記仮想入射面の形状となるよう入射面を形成する工程と、
を備えることを特徴とするレンズの製造方法。
第１発光点Ｓ１から発せられ前記複数の入射点Ｐｉの各々へ入射した光が出射される仮想出射面上の複数の第１出射点Ｐｏ１の各々において、出射した光が第１投影点ｒ１に投影されるよう前記仮想出射面の法線方向ｎｏ１を算出し、
第２発光点Ｓ２から発せられ前記複数の入射点Ｐｉの各々へ入射した光が出射される前記仮想出射面上の複数の第２出射点Ｐｏ２の各々における前記仮想出射面の法線方向ｎｏ２が、複数の第２出射点Ｐｏ２の各々に対し光の入射源である入射点Ｐｉが共通する第１出射点Ｐｏ１の法線方向ｎｏ１と平行であるとして、前記複数の入射点Ｐｉの各々における前記仮想入射面の法線方向ｎｉを算出することを特徴とする請求項１に記載のレンズの製造方法。
法線方向ｎｉを算出すべき、ある入射点Ｐｉの位置を定義し、その入射点Ｐｉを含み且つその入射点Ｐｉについて算出された法線方向ｎｉを持つ平面上に、法線方向ｎｉを算出すべき次の入射点Ｐｉの位置を定義する、という工程を繰り返すことにより、前記複数の入射点Ｐｉの各々の位置を定義することを特徴とする請求項１または２に記載のレンズの製造方法。
第１発光点Ｓ１および第２発光点Ｓ２は、光源の発光面における同一の端縁上に位置するよう定義され、
第１投影点ｒ１は、形成すべき投影像のカットオフライン上に位置するよう定義され、
前記複数の入射点Ｐｉの各々における前記仮想入射面の法線方向ｎｉは、第２発光点Ｓ２から発せられた光が前記複数の入射点Ｐｉの各々へ入射して、第１投影点ｒ１から前記カットオフラインの延在方向に位置する第２投影点ｒ２に投影されるよう算出されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレンズの製造方法。
第１発光点Ｓ１、第２発光点Ｓ２、および第１投影点ｒ１を定義し、第１発光点Ｓ１から発せられた光が仮想入射面上の複数の入射点Ｐｉの各々へ入射して第１投影点ｒ１に投影され、第２発光点Ｓ２から発せられた光が前記複数の入射点Ｐｉの各々へ入射して、第１投影点ｒ１から所定の方向に位置する第２投影点ｒ２に投影されるよう、前記複数の入射点Ｐｉの各々における前記仮想入射面の法線方向ｎｉを算出し、前記複数の入射点Ｐｉにおいて算出された法線方向ｎｉを用いて定義される前記仮想入射面の形状となるよう形成された入射面を備えることを特徴とするレンズ。