JP2017195116A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの下端よりも下側に向けて照射される光をレンズを介して上方に照射するようにリフレクタを設けて上方光を形成し、その形成される配光パターンの配光ムラを抑制した車両用灯具を提供する。
【解決手段】本発明の車両用灯具は、発光チップ２１を有する半導体型の光源部２０と、光源部２０の前方側に配置され、水平方向に横長形状のレンズ３０と、レンズ３０と光源部２０の間の位置であって、発光チップ２１よりも鉛直方向下側に配置されたリフレクタ４０と、を備え、リフレクタ４０は、発光チップ２１の発光中心Ｏを通る鉛直軸と交わる複数の仮想焦点を形成する反射面４１を有し、反射面４１は、レンズ３０のレンズ光軸Ｚより鉛直方向下側の出射面３２から光を照射する配光制御を行い、レンズ３０は、レンズ光軸Ｚ上に点光源を仮定したときに、点光源からのレンズ光軸Ｚ上の第１直射光ＬＭを出射面３２で上方に配光制御するように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は車両用灯具に関するものである。

特許文献１には、ハイビームの配光パターンを変化させる可変ハイビーム（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｂｅａｍ）の制御が可能な車輌用前照灯において、先行車輌等の他の車輌の存在が検出されて配光パターンにおける中央部を形成する光源が消灯されると、ハイビームの配光パターンが左右方向において略等分に分割された状態で形成されてしまい、運転者に違和感を与えてしまうため、この違和感を低減した車輌用前照灯が開示されている。

特開２０１３―２０７０９号公報

ところで、近年、鉛直方向の高さを短くした横長形状のレンズを用いた車両用灯具が求められるようになってきている。
しかしながら、鉛直方向の高さを短くすると、レンズの上部や下部でハイビーム配光パターンの上方光を形成することが難しくなる。

そこで、レンズの下端よりも下側に向けて照射される光源部からの光をレンズを介して上方に照射するようにリフレクタを設けることで上方光を形成することを検討した結果、形成される配光パターンに配光ムラが現れるという問題が明らかとなった。

本発明は、このような事情にかんがみてなされたものであり、レンズの下端よりも下側に向けて照射される光源部からの光をレンズを介して上方に照射するようにリフレクタを設けることで上方光を形成し、しかも、その形成される配光パターンの配光ムラを抑制した車両用灯具を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下の構成によって把握される。
（１）本発明の車両用灯具は、発光チップを有する半導体型の光源部と、前記光源部の前方側に配置され、水平方向に横長形状のレンズと、前記レンズと前記光源部の間の位置であって、前記発光チップよりも鉛直方向下側に配置されたリフレクタと、を備え、前記リフレクタは、前記発光チップの発光中心を通る鉛直軸と交わる複数の仮想焦点を形成する反射面を有し、前記反射面は、前記レンズのレンズ光軸より鉛直方向下側の出射面から光を照射する配光制御を行い、前記レンズは、前記レンズ光軸上に点光源を仮定したときに、前記点光源からの前記レンズ光軸上の第１直射光を前記出射面で上方に配光制御するように形成されている。

（２）上記（１）の構成において、前記レンズは、前記反射面で反射された光が照射される鉛直方向の範囲内に前記出射面で前記第１直射光を照射する配光制御を行うように形成されている。

（３）上記（１）の構成において、前記光源部は、水平方向に並ぶ複数の前記発光チップを備えており、前記反射面は、それぞれの前記発光チップの前記鉛直軸上に複数の前記仮想焦点を形成し、前記レンズは、前記レンズ光軸を含む水平断面上に水平方向に並ぶ複数の前記点光源を仮定したときに、複数の前記点光源からの前記水平断面上の第１直射光群を前記出射面で上方に配光制御するように形成されている。

（４）上記（３）の構成において、前記レンズは、前記反射面で反射された光が照射される鉛直方向の範囲内に前記出射面で前記第１直射光群を照射する配光制御を行うように形成されている。

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つの構成において、前記反射面は、前記鉛直軸上に前記仮想焦点が連続して仮想焦線を形成する自由曲線が水平方向に連続する面に形成されている。

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つの構成において、前記レンズの入射面は、水平方向に伸びる凸条の微細拡散素子が鉛直方向に連続して形成されることで鉛直断面が凹凸状とされ、前記微細拡散素子は、前記レンズ光軸の高さ位置から前記レンズの鉛直方向下端側に向かって前記凸条の突出高さが小さくなるように形成されている。

（７）上記（１）から（６）のいずれか１つの構成において、前記リフレクタは、前記発光チップの前記発光中心を通る前記レンズ光軸に平行な直線を含む鉛直断面において、前記発光チップからの直射光が入射する前記レンズの有効入射面の鉛直方向下端側と前記発光チップの前記発光中心を結ぶ直線よりも鉛直方向下側に設けられている。

（８）上記（７）の構成において、前記リフレクタは、少なくとも前記レンズ側の一部が前記レンズのダミー面を含む入射面の鉛直方向下端側と前記発光チップの前記発光中心を結ぶ直線よりも鉛直方向上側に位置するように設けられている。

本発明によれば、レンズの下端よりも下側に向けて照射される光源部からの光をレンズを介して上方に照射するようにリフレクタを設けることで上方光を形成し、しかも、その形成される配光パターンの配光ムラを抑制した車両用灯具を提供することができる。

本発明に係る実施形態の車両用灯具を備えた車両の平面図である。 本発明に係る実施形態の灯具ユニットの主要部の斜視図である。 本発明に係る実施形態の灯具ユニットの主要部のレンズ光軸を含む鉛直断面を見た断面図である。 本発明に係る実施形態の反射面が発光チップ（光軸上発光チップ）の発光中心から放射される光を反射するところを説明するための図であり、（ａ）は反射面を単一平面で構成した場合を示す図であり、（ｂ）は２つの平面で構成した場合であり、（ｃ）は本実施形態の自由曲面柱の表面の一部に沿った自由曲面で構成した場合である。 本発明に係る実施形態の水平方向の中央に位置する発光チップ（光軸上発光チップ）からの光によって形成されるスクリーン上での配光パターンを説明するための図であり、（ａ）はリフレクタで反射された光によって形成される配光パターンを示す図であり、（ｂ）は直射光によって形成される配光パターンを示す図であり、（ｃ）は（ａ）及び（ｂ）の配光パターンが多重された配光パターン及びその配光パターンの水平方向の中心での鉛直方向の光度の変化を示す図である。 本発明に係る実施形態のレンズの配光ムラを抑制するための配光制御を説明するための図である。 図６に示す配光パターンと図５（ａ）に示す配光パターンを多重して形成される配光パターンを説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する）について詳細に説明する。実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。また、実施形態及び図中において、特に断りがない場合、「前」、「後」は、各々、車両の「前進方向」、「後進方向」を示し、「上」、「下」、「左」、「右」は、各々、車両に乗車する運転者から見た方向を示す。

本発明の実施形態に係る車両用灯具は、図１に示す車両１０２の前方の左右のそれぞれに設けられる車両用前照灯（１０１Ｒ、１０１Ｌ）であり、以下では単に車両用灯具と記載する。

本実施形態の車両用灯具は、車両前方側に開口したハウジング（図示せず）と開口を覆うようにハウジングに取り付けられるアウターレンズ（図示せず）を備え、ハウジングとアウターレンズとで形成される灯室内に灯具ユニット１０（図２参照）等が配置されている。

図２は、灯具ユニット１０の主要部を示す斜視図である。
なお、以降の図においても同様であるが、図において、Ｘ軸は車両１０２における水平方向を示しめしており、Ｙ軸は車両１０２における鉛直方向を示しており、Ｚ軸はレンズ３０のレンズ光軸を表している。

図２に示すように、灯具ユニット１０は、発光チップ２１を有する半導体型の光源部２０と、光源部２０の前方側に配置され、水平方向（Ｘ軸方向）に横長形状のレンズ３０と、レンズ３０と光源部２０の間の位置であって、発光チップ２１よりも鉛直方向下側に配置されたリフレクタ４０と、を備えている。

なお、図２では、省略しているが光源部２０及びリフレクタ４０はヒートシンク上に設けられ、レンズ３０もレンズホルダを介してヒートシンクに取り付けられるようになっている。
このため、図２では、配光制御を行う部分であるレンズ３０だけを示しているが、例えば、レンズ３０の水平方向（Ｘ軸方向）の両端にレンズホルダに保持されるフランジが形成されたレンズ部材が車両用灯具には用いられる。

ただし、フランジを設ける位置は水平方向（Ｘ軸方向）の両端に限られるものではなく、また、レンズ３０の周囲の端面をレンズホルダに接着固定する等、レンズホルダにレンズ３０を取り付けるための方法は任意であり、特に限定されるものではない。

（光源部）
光源部２０は、基板２２と、基板２２上に水平方向（Ｘ軸方向）に並ぶように設けられた複数の発光チップ２１と、を備えている。
本実施形態では、１１個の発光チップ２１が水平方向に並べられており、各発光チップ２１からの光によって１１個の配光パターンが形成される。
これら１１個の配光パターンは、少なくとも隣接する配光パターンに一部が重なるように水平方向に並んでおり、全体の配光パターンを形成する。

なお、本実施形態では、水平方向に並ぶ発光チップ２１のうちの水平方向中央に位置する発光チップ２１が、レンズ３０のレンズ光軸（Ｚ軸参照）上に位置する光軸上発光チップになっている。
しかしながら、レンズ３０のレンズ光軸（Ｚ軸参照）が中央側の２つの発光チップ２１の間に位置して、レンズ３０のレンズ光軸（Ｚ軸参照）上に位置する光軸上発光チップがない場合もあり、必ずしも、レンズ３０のレンズ光軸（Ｚ軸参照）上に発光チップ２１が位置するわけではない。

そして、先行車との位置関係等に応じて、一部又は全部の発光チップ２１の点消灯を行うことでハイビーム配光パターンのＡＤＢ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｂｅａｍ）制御が行われ、前方側に光を照射しつつ、先行車に対するグレア光を抑制する。

なお、本実施形態では、１つの基板２２上に複数の発光チップ２１を設けたものになっているが、１つの基板上に１つの発光チップを有する光源を水平方向に並べるようにして光源部を構成してもよい。

また、本実施形態では、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を発光チップ２１とした半導体型の光源部２０としているが、発光チップ２１はＬＥＤチップに限定されるものではなく、ＬＤチップ（レーザダイオードチップ）であってもよい。
つまり、光源部２０は、発光チップ２１にＬＤチップを用いた半導体型の光源部であってもよい。
さらに、発光チップ２１の形状は、特に限定されるものではなく、正方形状でも長方形状でもよく、加えて、本実施形態では１１個の発光チップ２１を用いているが、発光チップ２１の数は、１１個よりも少なくても多くてもよい。

（リフレクタ）
リフレクタ４０は、別部材で作製しておいて図示しないヒートシンクに取り付けるようにしてもよいし、ヒートシンクを成形するときにヒートシンクに一体に造り込むようにしてもよい。

図３は、灯具ユニット１０の主要部のレンズ光軸（Ｚ軸参照）を含む鉛直断面を見た断面図である。
なお、図３では併せて発光チップ２１（光軸上発光チップ）の発光中心Ｏから放射される光のうち、リフレクタ４０で反射される光（光線）についても図示している。
また、図３では、図２と同様に、配光制御を行う部分である光学設計されたレンズ３０の部分だけを示しているが、レンズ３０の成形の関係で入射面３１が鉛直方向外側（上側及び下側）に光学設計されていないダミー面を有している場合がある。
ただし、以下の説明において、単に、入射面３１と記載する場合には、入射面３１の有効入射面（光学設計が行われている入射面）との断りがなくても、ダミー面を含まない有効入射面を意味する。

図３に示すように、本実施形態では、レンズ光軸（Ｚ軸参照）と、水平方向に並ぶ発光チップ２１のうちの水平方向中央に位置する発光チップ２１（光軸上発光チップ）の発光中心Ｏと、が一致している。
また、図３に示す点線矢印Ｔ１，Ｔ２は、レンズ光軸（Ｚ軸参照）を含む鉛直断面において、水平方向中央に位置する発光チップ２１（光軸上発光チップ）の発光中心Ｏからの直射光が入射するレンズ３０の入射面３１の有効入射面の上端と下端とに向かって描かれているものである。

リフレクタ４０は、レンズ光軸（Ｚ軸参照）を含む鉛直断面において、レンズ３０と光源部２０の間の位置で発光チップ２１（光軸上発光チップ）の発光中心Ｏとレンズ３０の入射面３１の有効入射面の下端を結ぶ直線（点線矢印Ｔ１参照）よりも下側、つまり、光軸上発光チップからの直射光が入射するレンズ３０の有効入射面の鉛直方向下端側と光軸上発光チップの発光中心Ｏを結ぶ直線よりも鉛直方向下側に設けられている。
ただし、光軸上発光チップ以外の発光チップ２１においても同様の関係があるため、リフレクタ４０は、発光チップ２１の発光中心Ｏを通るレンズ光軸（Ｚ軸参照）に平行な直線を含む鉛直断面において、発光チップ２１からの直射光が入射するレンズ３０の有効入射面の鉛直方向下端側と発光チップ２１の発光中心Ｏを結ぶ直線よりも鉛直方向下側に設けられている。

より具体的には、リフレクタ４０の鉛直方向で最も上側となる発光チップ２１（光軸上発光チップ）側の上端が、発光チップ２１（光軸上発光チップ）の鉛直方向の下端より０．３ｍｍ鉛直方向下側に位置するとともに、リフレクタ４０の上端が発光チップ２１（光軸上発光チップ）よりも１ｍｍ前方側に位置するように配置されており、光を反射する反射面４１には、反射率を高めるようにアルミ蒸着が行われている。

そして、図３を見ればわかるとおり、リフレクタ４０は、発光チップ２１（光軸上発光チップ）から放射される光のうち、発光チップ２１（光軸上発光チップ）の発光中心Ｏとレンズ３０の入射面３１（有効入射面）の下端を結ぶ直線（点線矢印Ｔ１参照）よりも下側に放射される光をレンズ３０の入射面３１（有効入射面）に向けて反射面４１で反射している。

より具体的には、この反射面４１は、レンズ３０のレンズ光軸（Ｚ軸参照）より鉛直方向（Ｙ軸参照）下側の出射面３２から光が照射されることになるレンズ３０の入射面３１の位置に向けて光を反射するように形成されており、反射面４１で反射された光は、レンズ３０の出射面３２から上方光として照射され、スクリーン上のほぼ水平線上の位置からスクリーン上で約６度上方の範囲の配光パターンを形成している。

なお、この反射面４１が反射している光は、本来であれば、配光パターンの形成に利用されていないレンズ３０の有効入射面に入射しない光であり、リフレクタ４０は、この利用されていない光を利用して上方光を形成するため光の利用効率を向上させることができる。

次に、図４を参照しながら、反射面４１についてより詳細に説明を行う。
図４は、反射面４１が発光チップ２１（光軸上発光チップ）の発光中心Ｏから放射される光を反射するところを説明するための図であり、（ａ）は反射面４１を単一平面Ｐ１で構成した場合を示す図であり、（ｂ）は２つの平面Ｐ１，Ｐ２で構成した場合であり、（ｃ）は本実施形態の自由曲面柱の表面の一部に沿った自由曲面ＦＦＳで構成した場合である。

図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、右側に示す図は反射面４１での光の反射の状態を示しており、左側に示す図はその反射面４１で反射された光がレンズ３０を介してスクリーン上に投影された配光パターンの状態を等光度線で示した図である。

なお、ＶＵ−ＶＬ線はスクリーン上での垂直線を示し、ＨＬ−ＨＲ線はスクリーン上での水平線を示しており、以降でもスクリーン上での配光パターンを示す図においては、同様に、ＶＵ−ＶＬ線はスクリーン上での垂直線を示し、ＨＬ−ＨＲ線はスクリーン上での水平線を示している。

また、図４では、複数ある発光チップ２１のうちの水平方向中央に位置する発光チップ２１（光軸上発光チップ）の場合を示しているが、その他の発光チップ２１においても配光パターンの状態自体は、図４と同様であり、発光チップ２１の位置が水平方向にズレるのに合わせて、形成されるスクリーン上での配光パターンの位置が水平線方向にズレるだけである。

図４（ａ）に示すように、反射面４１が単一平面Ｐ１で構成されている場合、発光中心Ｏから放射される多数の光（光線）は、反射面４１上のそれぞれの箇所で反射されるが、その反射された光を発光チップ２１（光軸上発光チップ）の発光中心Ｏを通る鉛直軸（Ｙ軸参照）側に延長したときに、鉛直軸（Ｙ軸参照）と交わる仮想焦点はＦ（１）の１点に集中する。

このことは、仮想焦点Ｆ（１）に発光中心を有する１つの疑似光源が存在している状態になっていることを意味し、その疑似光源からの光がレンズ３０を介して上方に照射されていることと等価である。
このため、図４（ａ）の左に示す配光パターンを見るとわかるように、比較的集光した配光パターンが現れる状態となる。

一方、図４（ｂ）に示すように、反射面４１が角度の異なる２つの平面Ｐ１，Ｐ２で構成される場合には、鉛直軸（Ｙ軸参照）上には、鉛直方向に並ぶ、平面Ｐ１で反射される光の仮想焦点Ｆ（１）と平面Ｐ２で反射される光の仮想焦点Ｆ（２）が形成されている。

このことは、仮想焦点Ｆ（１）に発光中心を有する１つの疑似光源と仮想焦点Ｆ（２）に発光中心を有する１つの疑似光源との２つの疑似光源が存在している状態になっていることを意味し、それら鉛直方向に並ぶ２つの疑似光源からの光がレンズ３０を介して上方に照射されていることと等価である。

そして、この疑似光源の鉛直方向の位置の違いは、配光パターンが形成される鉛直方向の位置の違いとして現れるため、図４（ｂ）の左に示す配光パターンを見るとわかるように、それら２つの疑似光源によって形成される配光パターンが多重されて形成される配光パターンは鉛直方向上側に拡がりを持ったものとなる。

このことから、更に鉛直方向下側に位置する仮想焦点を作るように、反射面４１に角度の異なる面を設けるようにすれば、さらに、スクリーン上に形成される配光パターンを鉛直方向上側に拡がったものとすることができる。

一方、この疑似光源によって形成されるスクリーン上の配光パターンが、配光ムラを有さないようにするためには、少しずつ鉛直方向上側に位置がズレた配光パターンが多重されるようにすればよく、このためには、仮想焦点を連続するように形成し、仮想焦線の状態となるようにすればよい。

そこで、本実施形態では、図４（ｃ）に示すように、反射面４１を自由曲面ＦＦＳで形成することで鉛直軸（Ｙ軸参照）上に連続して仮想焦点Ｆ（１）、Ｆ（２）、・・・、Ｆ（Ｎ−１）、Ｆ（Ｎ）が形成されるようにし、仮想焦線が形成された状態となるようにしている。

なお、本実施形態では、水平方向に並ぶ光軸上発光チップ以外の複数の他の発光チップ２１に対しても同様の状態となるようにしているため、反射面４１の面全体として見れば、反射面４１は、自由曲面柱の表面の一部に沿った自由曲面ＦＦＳ、つまり自由曲線が水平方向に連続する面となるように形成されている。

このように反射面４１を自由曲面ＦＦＳで形成するようにすると、図４（ｃ）の左に示す配光パターンのように、鉛直方向上側に拡がるとともに、配光ムラが抑制された配光パターンを形成することができる。

ただし、反射面４１は必ずしも自由曲面ＦＦＳでなければならないわけではなく、反射面４１は、必要な数の疑似光源が鉛直方向に並んで存在する状態を作り出すことができるようになっていればよい。
つまり、反射面４１は、鉛直軸と交わる仮想焦点が必要な数だけ複数形成される反射面になっていればよい。

なお、上記では、光軸上発光チップとなる発光チップ２１を代表して、本実施形態の反射面４１が、反射面４１で反射された光を発光チップ２１の発光中心Ｏを通る鉛直軸（Ｙ軸参照）側に延長したときに、鉛直軸（Ｙ軸参照）と交わる仮想焦線を形成することに関して説明したが、上述したように、反射面４１は、光軸上発光チップ以外の発光チップ２１に関しても同様の状態となるようになっているため、反射面４１は、反射面４１で反射されたそれぞれの発光チップ２１の光を、それぞれの発光チップ２１の発光中心Ｏを通る鉛直軸（Ｙ軸参照）側に延長したときに、鉛直軸（Ｙ軸参照）と交わる仮想焦線を形成するものになっている。

また、図３を参照して説明したように、リフレクタ４０は、鉛直方向の断面で見たときに、発光チップ２１（光軸上発光チップ）の発光中心Ｏから入射面３１の有効入射面の下端側を結ぶ直線（点線矢印Ｔ１参照）よりも鉛直方向下側に位置するが、ダミー面を含む入射面３１で見たときには、リフレクタ４０は、少なくともレンズ３０側の一部が、レンズ３０のダミー面を含む入射面３１の鉛直方向下端側と発光チップ２１（光軸上発光チップ）の発光中心Ｏを結ぶ直線よりも鉛直方向上側に位置するように設けられている。
ただし、光軸上発光チップ以外の発光チップ２１においても同様の関係があるため、リフレクタ４０は、少なくともレンズ３０側の一部がレンズ３０のダミー面を含む入射面３１の鉛直方向下端側と発光チップ２１の発光中心Ｏを結ぶ直線よりも鉛直方向上側に位置するように設けられている。

（レンズ）
レンズ３０は、ＰＭＭＡ等のアクリル系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）及びポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）等の透明樹脂やガラス等を用いて形成すればよいが、加工性等の面からすれば透明樹脂で形成することが好ましい。
また、樹脂の中でも屈折率の波長依存性が小さく、分光の影響が小さくできるアクリル系樹脂が好ましい。

そして、レンズ３０は、近年の要求に従って鉛直方向の高さを短くして水平方向に横長形状である形状に形成されており、本実施形態では、鉛直方向の寸法が３０ｍｍ±１０ｍｍで、水平方向の寸法が５５ｍｍ程度である。
なお、レンズ３０の形状としては、レンズ３０の水平方向の寸法が５５ｍｍ以下であることが好ましい。

また、本実施形態では、レンズ３０の入射面３１及び出射面３２は、どちらも自由曲面で形成された両凸状であり、後方焦点距離が３０ｍｍ±５ｍｍ程度になっている。
したがって、レンズ３０は、入射面３１の最も光源部２０側に突出した部分が発光チップ２１（光軸上発光チップ）よりも約３０ｍｍ前方に位置するように図示しないレンズホルダで図示しないヒートシンクに取り付けられている。

図５は、水平方向の中央に位置する発光チップ２１（光軸上発光チップ）からの光によって形成されるスクリーン上での配光パターンを説明するための図であり、（ａ）はリフレクタ４０で反射された光によって形成される配光パターンを示す図であり、（ｂ）は直射光によって形成される配光パターンを示す図であり、（ｃ）は（ａ）及び（ｂ）の配光パターンが多重された発光チップ２１（光軸上発光チップ）からの光で形成される配光パターンを示す図である。
また、図５（ｃ）では、左側にその配光パターンの水平方向の中心での鉛直方向の光度の変化を併せて示すようにしている。

なお、図５（ａ）が図４（ｃ）で示した配光パターンよりも鉛直方向上側に拡がっているのは、図４（ｃ）が発光チップ２１（光軸上発光チップ）の発光中心Ｏから放射される光が形成する配光パターンを示していたのに対し、図５（ａ）は発光面全体から放射されてリフレクタ４０で反射された光が形成する配光パターンを示しているためである。
また、図５（ｃ）に示す配光パターンは、以降で説明するレンズ３０に配光ムラを抑制するための改善を施す前のレンズ３０を用いた場合のものになっている。

図５に示すように、発光チップ２１（光軸上発光チップ）からの光で形成される配光パターン（図５（ｃ）参照）は、上述したリフレクタ４０で反射されてレンズ３０に入射する光で形成される配光パターン（図５（ａ）参照）と発光チップ２１（光軸上発光チップ）から、直接、レンズ３０に入射する直射光によって形成される配光パターン（図５（ｂ）参照）を重ね合わせたものとして形成されている。

そして、図５（ｃ）の左側の光度の変化を表した図を見るとわかるように、急激に光度が変化する配光ムラ（丸囲み部Ｂ参照）が現れている。
そこで、本実施形態のレンズ３０が、このような配光ムラの発生を抑制するように配光制御を行うものにしており、以下、具体的に説明を行う。

図６は、レンズ３０の配光ムラを抑制するための配光制御を説明するための図であり、右側の図は、図３と同様の鉛直断面の断面図であり、発光チップ２１（光軸上発光チップ）からレンズ３０に入射する直射光を示した図である。
また、左側の図は、右側の図で示した発光チップ２１（光軸上発光チップ）からレンズ３０に入射する直射光によって形成される配光パターンを示した図である。

図６の右図に示すように、レンズ３０は、レンズ光軸（Ｚ軸参照）上の発光チップ２１（光軸上発光チップ）からのレンズ光軸（Ｚ軸参照）上の第１直射光（光線ＬＭ参照）をレンズ光軸（Ｚ軸参照）と交わる出射面３２の部分で上方に照射する配光制御するように形成されており、より具体的には、レンズ光軸（Ｚ軸参照）を通る発光チップ２１からの第１直射光をスクリーン上で水平線よりも約３．５度上方に照射するように配光制御している。

なお、上述したように、レンズ光軸（Ｚ軸参照）上に位置する発光チップ２１（光軸上発光チップ）がない場合もあるが、この場合でも同様のレンズを用いることができる。
したがって、レンズ３０は、レンズ光軸（Ｚ軸参照）上に点光源を仮定したときに、その点光源からのレンズ光軸（Ｚ軸参照）上の第１直射光（光線ＬＭ参照）を出射面３２で上方に配光制御するように形成されていればよい。

そして、リフレクタ４０の反射面４１が、反射する光においてレンズ３０を介して最も鉛直方向上方に照射される光は、スクリーン上で水平線よりも上方約６度に向けて照射されていたので、レンズ光軸（Ｚ軸参照）を通る発光チップ２１（光軸上発光チップ）からの第１直射光（光線ＬＭ参照）は上方に照射されているものの、反射面４１で反射されてレンズ３０の出射面３２から最も上方に照射される光よりは鉛直方向下側に照射されるようになっている。

これは、この上方に照射されるレンズ光軸（Ｚ軸参照）を通る発光チップ２１（光軸上発光チップ）からの第１直射光（光線ＬＭ参照）が図５（ｃ）の左図に示した配光ムラ（丸囲み部Ｂ参照）の光度を補うように照射されているからである。
このため、レンズ３０は、リフレクタ４０の反射面４１で反射された光が照射されるスクリーン上での鉛直方向の範囲内に出射面３２で第１直射光（光線ＬＭ参照）を照射する配光制御を行うように形成されている。

そして、本実施形態では、図６に示している水平方向中央に位置する発光チップ２１（光軸上発光チップ）だけでなく、他の発光チップ２１からの光でも同様の配光制御が行われるようになっている。
このため、本実施形態のレンズ３０は、設計上、レンズ光軸（Ｚ軸参照）を含む水平断面上に並ぶ複数の点光源を仮定したときに、複数の点光源からのレンズ光軸（Ｚ軸参照）を含む水平断面上の第１直射光群を出射面３２で上方に配光制御するように形成されており、各発光チップ２１の発光中心Ｏからレンズ光軸（Ｚ軸参照）に交わる水平線上の出射面３２の部分に向かう光は、そのレンズ光軸（Ｚ軸参照）に交わる水平線上の出射面３２の部分で上方に配光制御される。
より具体的には、このレンズ光軸（Ｚ軸参照）と交わる水平線上の出射面３２の面形状が鉛直方向で微小区間（微小幅）の範囲だけ光を上方に照射するように形成されている。

本来、このレンズ光軸（Ｚ軸参照）と交わる水平線上の出射面３２から照射される光は、各発光チップ２１からほぼ真直ぐに入射面３１に入射し、レンズ３０内をほぼ真直ぐに通過して出射面３２からほぼ真直ぐに前方側に照射される光になっている。
このように、レンズ３０によってあまり屈折を伴わずに照射される光は、面の変化に対して制御性が高く、微小区間の面制御で上方に照射させることができる。

一方、レンズ光軸（Ｚ軸参照）に交わる水平線から鉛直方向外側に離れた出射面３２の位置から出射する光を上方制御しようとすると、そのための面制御の影響を受けて周辺の光の屈折状態にも影響がでるため、配光パターンの形状等に影響がでやすい。
したがって、レンズ光軸（Ｚ軸参照）と交わる水平線上の出射面３２から照射される光を上方に照射するように制御することが好ましい。
このような配光制御を行うと、図６の左図に示すように、図５（ｂ）に示した配光パターンの状態よりも少し鉛直方向上側に拡がった配光パターンが形成されるようになる。

そして、この図６の左図に示す発光チップ２１（光軸上発光チップ）からの直射光で形成される配光パターンと図５（ａ）に示すリフレクタ４０で反射された光で形成される配光パターンを多重して形成された配光パターンは、図７に示すような配光パターンになる。
なお、図７も図５（ｃ）と同様に右図がスクリーン上での配光パターンを等光度線で示した図になっており、左図がその配光パターンの水平方向の中心での鉛直方向の光度の変化を示した図になっている。

図７の右図と図５（ｃ）の右図とを見比べればわかるように、図７の右図に示される配光パターンは、形状自体は、図５（ｃ）の右図の配光パターンとほぼ同じである。
一方、図７の左図と図５（ｃ）の左図とを見比べればわかるように、図７の左図では、図５（ｃ）に丸囲み部Ｂで示したような配光ムラはなくなっており、良好な光度変化の状態に改善されていることがわかる。

なお、上述したように、レンズ３０は、レンズ光軸（Ｚ軸参照）に交わる水平線上の出射面３２の部分から照射される光に対して、同様に上方に光を照射する配光制御を行っているため、光軸上発光チップ以外の発光チップ２１からの光に対しても同様に光を上方に照射する配光制御を行っている。
したがって、光軸上発光チップ以外の発光チップ２１からの直射光で形成される配光パターンもスクリーン上での水平方向の位置がズレるだけで光軸上発光チップからの直射光で形成される配光パターンと同様な配光パターンとなる。

ところで、本実施形態の車両用灯具は、複数の発光チップ２１からの光によって形成される配光パターンが水平方向に並ぶとともに一部が重なり合って車両用灯具としての配光パターンが形成される。

このため、各発光チップ２１からの光が形成する配光パターンが重なる境界において、光度差によるスジが現れる場合があり、このスジが現れるのを抑制するために、本実施形態のレンズ３０では、入射面３１及び出射面３２に微細拡散素子３１ａ及び微細拡散素子３２ａを設けており、以下、この微細拡散素子３１ａ及び微細拡散素子３２ａについて簡単に説明する。

図２に示すように、出射面３２は、鉛直方向（Ｙ軸方向）に伸びる凸条の微細拡散素子３２ａが水平方向（Ｘ軸方向）に連続して形成されることで水平断面が凹凸状とされている。
各微細拡散素子３２ａはかまぼこプリズムのような形状になっており、このため出射面３２には、緩やかな波状の凹凸が水平方向（Ｘ軸方向）に連続して現れるようになっている。

同様に、入射面３１は、水平方向（Ｘ軸方向）に伸びる凸条の微細拡散素子３１ａが鉛直方向（Ｙ軸方向）に連続して形成されることで鉛直断面が凹凸状とされている。
なお、この微細拡散素子３１ａは、ダミー面を含む入射面３１全体に設けるようにしてもよいし、ダミー面を含まない入射面３１の有効入射面にだけ設けるようにしてもよい。
この入射面３１に設けられる各微細拡散素子３１ａもかまぼこプリズムのような形状になっており、このため入射面３１には、緩やかな波状の凹凸が鉛直方向（Ｙ軸方向）に連続して現れるようになっている。

そして、このような微細拡散素子３１ａ及び微細拡散素子３２ａを設けるようにすると、入射面３１から入射する光は鉛直方向（Ｙ軸方向）に拡がるため、形成される配光パターンは鉛直方向（Ｙ軸方向）に暈されることになり、出射面３２から照射される光は、水平方向（Ｘ軸方向）に拡がるため、形成される配光パターンは水平方向（Ｘ軸方向）に暈されることになる。
このため、各発光チップ２１で形成される配光パターンがそれぞれ暈された状態となり、各配光パターンの重なり部分に光度差によるスジが現れ難くなる。

ここで、出射面３２は、前方に凸状の形状を有しているため、出射面３２に形成される、それぞれの微細拡散素子３２ａは、レンズ３０のレンズ光軸（Ｚ軸参照）に交わる水平線の位置を基準に鉛直方向（Ｙ軸方向）上側には前方側から後方側に向かって上側に傾くような湾曲傾斜を有することになり、レンズ３０の鉛直方向（Ｙ軸方向）下側には前方側から後方側に向かって下側に傾くような湾曲傾斜を有することになる。

そうすると、レンズ３０の上側から照射される光が形成する配光パターンは、配光パターンの水平方向端側が中央側よりも下側に垂れるような状態となる場合があり、逆に、レンズ３０の下側から照射される光が形成する配光パターンは、配光パターンの水平方向端側が中央側よりも上側につり上がるような状態となる場合がある。

このため、出射面３２に形成する微細拡散素子３２ａは、レンズ光軸（Ｚ軸参照）に交わる水平線の位置を基準に鉛直方向外側（上側及び下側）に向かって凸条幅が小さくなるようにすることが好適である。
つまり、出射面３２に形成する微細拡散素子３２ａは、レンズ光軸（Ｚ軸参照）に交わる水平線の位置から鉛直方向上側及び鉛直方向下側に向かってかまぼこプリズム状の幅が徐々に小さくなるように形成することが好適である。

このようにすると、レンズ３０の鉛直方向上側に向かうにつれて、微細拡散素子３２ａの断面円弧状の両端部分が、上向きに光を照射する方向に補正されるようになるため、配光パターンの端が下側に垂れることが抑制され、同様に、レンズ３０の鉛直方向下側に向かうにつれて、微細拡散素子３２ａの断面円弧状の両端部分が、下向きに光を照射する方向に補正されるようになるため、配光パターンの端が上側につり上がることが抑制されるようになる。
この結果、配光パターンの両端に垂れやつり上がりの発生することがない良好な配光パターンを形成することができる。

一方、図３を参照して、上述したように、リフレクタ４０の反射面４１で反射される光は、レンズ３０のレンズ光軸（Ｚ軸参照）より鉛直方向（Ｙ軸参照）下側の出射面３２から光が照射されることになるレンズ３０の入射面３１の位置に向けて光が反射されており、そのために、反射面４１は、入射面３１の鉛直方向下側に向けて光を反射するようになっている。
なお、反射面４１の基本設計は、上述のように、反射面４１で反射された光がレンズ３０のレンズ光軸（Ｚ軸参照）より鉛直方向（Ｙ軸参照）下側の出射面３２から照射されるように配光設計されているが、反射面４１のバラツキ等により、反射面４１で反射された光の一部が、レンズ光軸（Ｚ軸参照）より鉛直方向（Ｙ軸参照）上側の出射面３２から照射される場合がある。

そして、入射面３１の微細拡散素子３１ａは、光を鉛直方向に拡げるため、反射面４１で反射された光が入射面３１に入射するときに、微細拡散素子３１ａで広く鉛直方向に拡散されると、その拡散された光の一部が、上述した第１直射光を含む第１直射光群を上方に配光する出射面３２（レンズ光軸に交差する水平線上の出射面３２）に向けて照射されることになる。

しかしながら、このレンズ光軸に交差する水平線上の出射面３２の配光制御は、上述したように各発光チップ２１からほぼ真直ぐに直進してくるレンズ光軸（Ｚ軸参照）に沿って進む光に対して行われているため、そうでない方向からの光がこのレンズ光軸に交差する水平線上の出射面３２から照射されると良好な光度の状態が得られにくくなる。
したがって、この入射面３１に設けられる微細拡散素子３１ａは、リフレクタ４０で反射された光がレンズ光軸（Ｚ軸参照）に交わる水平線上の出射面３２から照射されないように形成することが好ましい。

そこで、本実施形態では、入射面３１の微細拡散素子３１ａは、少なくともレンズ光軸（Ｚ軸参照）の高さ位置（鉛直方向の高さ位置）から下側の範囲において、レンズ光軸の高さ位置からレンズ３０の下端側に向かって凸条の微細拡散素子３１ａの突出高さが小さくなるように形成し、リフレクタ４０で反射された光が入射する入射面３１の位置の微細拡散素子３１ａの拡散量を抑えるようにしている。

以上、具体的な実施形態を基に本発明の説明を行ってきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、技術的思想を逸脱することのない変更や改良を行ったものも発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ 灯具ユニット
２０ 光源部
２１ 発光チップ
２２ 基板
３０ レンズ
３１ 入射面
３１ａ 微細拡散素子
３２ 出射面
３２ａ 微細拡散素子
４０ リフレクタ
４１ 反射面
Ｘ 水平方向を示す軸
Ｙ 鉛直方向を示す軸
Ｚ レンズ光軸
Ｆ（１） 仮想焦点
Ｆ（２） 仮想焦点
Ｆ（Ｎ−１） 仮想焦点
Ｆ（Ｎ） 仮想焦点
Ｏ 発光中心
Ｐ１，Ｐ２ 平面
ＦＦＳ 自由曲面
ＬＭ 光線
１０１Ｌ、１０１Ｒ 車両用前照灯
１０２ 車両

Claims (8)

1. 発光チップを有する半導体型の光源部と、
   前記光源部の前方側に配置され、水平方向に横長形状のレンズと、
   前記レンズと前記光源部の間の位置であって、前記発光チップよりも鉛直方向下側に配置されたリフレクタと、を備え、
   前記リフレクタは、前記発光チップの発光中心を通る鉛直軸と交わる複数の仮想焦点を形成する反射面を有し、
   前記反射面は、前記レンズのレンズ光軸より鉛直方向下側の出射面から光を照射する配光制御を行い、
   前記レンズは、前記レンズ光軸上に点光源を仮定したときに、前記点光源からの前記レンズ光軸上の第１直射光を前記出射面で上方に配光制御するように形成されていることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記レンズは、前記反射面で反射された光が照射される鉛直方向の範囲内に前記出射面で前記第１直射光を照射する配光制御を行うように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記光源部は、水平方向に並ぶ複数の前記発光チップを備えており、
   前記反射面は、それぞれの前記発光チップの前記鉛直軸上に複数の前記仮想焦点を形成し、
   前記レンズは、前記レンズ光軸を含む水平断面上に水平方向に並ぶ複数の前記点光源を仮定したときに、複数の前記点光源からの前記水平断面上の第１直射光群を前記出射面で上方に配光制御するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
4. 前記レンズは、前記反射面で反射された光が照射される鉛直方向の範囲内に前記出射面で前記第１直射光群を照射する配光制御を行うように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の車両用灯具。
5. 前記反射面は、前記鉛直軸上に前記仮想焦点が連続して仮想焦線を形成する自由曲線が水平方向に連続する面に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用灯具。
6. 前記レンズの入射面は、水平方向に伸びる凸条の微細拡散素子が鉛直方向に連続して形成されることで鉛直断面が凹凸状とされ、
   前記微細拡散素子は、前記レンズ光軸の高さ位置から前記レンズの鉛直方向下端側に向かって前記凸条の突出高さが小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用灯具。
7. 前記リフレクタは、前記発光チップの前記発光中心を通る前記レンズ光軸に平行な直線を含む鉛直断面において、前記発光チップからの直射光が入射する前記レンズの有効入射面の鉛直方向下端側と前記発光チップの前記発光中心を結ぶ直線よりも鉛直方向下側に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両用灯具。
8. 前記リフレクタは、少なくとも前記レンズ側の一部が前記レンズのダミー面を含む入射面の鉛直方向下端側と前記発光チップの前記発光中心を結ぶ直線よりも鉛直方向上側に位置するように設けられていることを特徴とする請求項７に記載の車両用灯具。
   

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