JP6767716B2 - 車両用前照灯およびそれを用いた車両 - Google Patents

Description

本発明は、車両用前照灯およびそれを用いた車両に関する。

車両用前照灯（ヘッドランプ又はヘッドライトとも称される）は、一般的に、ハイビーム（走行用前照灯）とロービーム（すれ違い用前照灯）とを備える（例えば特許文献１）。ハイビームは、車両の前方広範囲を照らすことができるが、対向車のドライバーに眩惑を与えてしまう。ロービームは、対向車のドライバーに眩惑を与えることは少ないが、車両の前方広範囲を照らすことができないという問題がある。

近年、車両に搭載したカメラで対向車や先行車の存在や位置を検知し、その車両のドライバーに眩惑を与える車両用前照灯の光を遮断するシステムが開発されている。このようなシステムは、一般的にアダプティブドライビングビーム（ＡＤＢ）システムと称されている。

このＡＤＢシステムを利用した従来の車両用前照灯のハイビームＳＷは、例えば、図１３に示すように、発光素子としての複数のＬＥＤ光源モジュールＭ１〜Ｍ４と、これらＬＥＤ光源モジュールＭ１〜Ｍ４から生じた光を所望の方向に出射するための複数のレンズＳ１〜Ｓ４と、を備える。レンズＳ１〜Ｓ４の焦点は、概ねＬＥＤ光源モジュールＭ１〜Ｍ４の発光面に位置している。したがって、ＬＥＤ光源モジュールＭ１〜Ｍ４から生じた光は、レンズＳ１〜Ｓ４を通じて平行光となる。また、ハイビームＳＷのＬＥＤ光源モジュールＭ１〜Ｍ４は、カメラが対向車や先行車の存在を検知すると、オンオフがそれぞれ自動的に切替えられる。そうすることで、車両用前照灯のハイビームＳＷの照射範囲を制御することとしている。

特表２００５−５３７６６５号公報

レンズＳ１〜Ｓ４から出射される光が平行光の場合、光の照射範囲と照射範囲でない部分との明暗がはっきりと区別される。ここで、レンズＳ１〜Ｓ４の振動や温度変化によって、又は、車両用前照灯の組立誤差等によって、レンズＳ１〜Ｓ４の配光特性の位置ズレが発生してしまうこととなる。レンズの配光特性とは、レンズから出射した光の方向と、その方向における光度分布との関係を示す。配光特性の位置ズレによって、配光ムラが発生してしまうこととなる。
本発明は、レンズの配光特性の位置ズレが生じても、配光ムラを抑えることが可能な車両用前照灯を実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の車両用前照灯は、複数の発光素子と、前記複数の発光素子に対応して複数設けられ、入射口と出射口とを有するとともに、前記複数の発光素子から前記入射口に入射した光を前記出射口に収束するように構成された複数の第１レンズと、前記複数の発光素子に対応して複数設けられ、前記出射口と向かい合う入射面を有するとともに、焦点を形成するための凸形状の出射面を有する複数の第２レンズと、を備え、前記複数の第１レンズの前記出射口は、前記第２レンズの焦点との距離が互いに異なる複数の出射面で構成されており、前記複数の第１レンズの前記複数の出射面は、車両の高さ方向の下方にいくほど、前記焦点との距離が大きく、前記第２レンズの焦点は、前記第２レンズの内部に位置することを特徴とする。

本発明の車両用前照灯によれば、複数の発光素子と、前記複数の発光素子に対応して複数設けられ、入射口と出射口とを有するとともに、前記複数の発光素子から前記入射口に入射した光を前記出射口に収束するように構成された複数の第１レンズと、前記複数の発光素子に対応して複数設けられ、前記出射口と向かい合う入射面を有するとともに、焦点を形成するための凸形状の出射面を有する複数の第２レンズと、を備え、前記複数の第１レンズの前記出射口は、前記第２レンズの焦点との距離が互いに異なる複数の出射面で構成されており、前記複数の第１レンズの前記複数の出射面は、車両の高さ方向の下方にいくほど、前記焦点との距離が大きい。また、第２レンズの焦点は、第２レンズの内部に位置するため、第１レンズの出射口よりも車両の前方側に位置する。そのため、第２レンズの入射面に入射した光は、平行光ではなく、車両の中央に向かって傾いた状態で第２レンズから出射されることとなる。これによって、光の照射範囲と照射範囲でない部分との明暗がぼやける。これにより、配光特性の位置ズレが生じても、配光ムラを抑えることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る車両用前照灯を備えた車両の正面図である。 同車両用前照灯のハイビームの平面図である。 同車両用前照灯のハイビームの斜視図である。 同車両用前照灯の右側のハイビームを全点灯させた時の光の照射範囲の模式図である。 同車両用前照灯の左側のハイビームを全点灯させた時の光の照射範囲の模式図である。 同車両用前照灯の左右両側のハイビームを全点灯させた時の光の照射範囲の模式図である。 同車両用前照灯の左右両側のハイビームを全点灯させた時の配光特性を示す。 同車両用前照灯のレンズユニットの平面図である。 同車両用前照灯のレンズユニットの平面断面図である。 同車両用前照灯の第１レンズの拡大平面断面図である。 同車両用前照灯のハイビームの第２レンズの焦点と第２レンズの出射口から出射する光との関係を示した模式図である。 従来の車両用前照灯のハイビームの第２レンズの焦点と第２レンズから出射する光との関係を示した模式図である。 本発明の実施の形態１の他の例に係る車両用前照灯のハイビームの第２レンズの焦点と第２レンズの出射口から出射する光との関係を示した模式図である。 レンズユニットの配光特性を示し、実線は本発明の実施の形態に係る車両用前照灯のレンズユニットの場合、破線は従来の車両用前照灯のレンズユニットの場合を示す。 本発明の実施の形態１に係る車両用前照灯において、位置ズレがない状態の２つのレンズユニットの配光特性、及びとそれらの合成配光特性を示す。 同車両用前照灯において、位置ズレが有る状態の２つのレンズユニットの配光特性、及びそれらの合成配光特性を示す。 従来の車両用前照灯において、位置ズレがない状態の２つのレンズユニットの配光特性、及びそれらの合成配光特性を示す。 従来の車両用前照灯において、位置ズレが有る状態の２つのレンズユニットの配光特性、及びそれらの合成配光特性を示す。 本発明の実施の形態１に係る車両用前照灯における１つのレンズユニットを用いて、そのレンズユニットに対応するＬＥＤを点灯させた際の光の照射範囲のシミュレーション結果を示す。 図９ＡのＡ−Ａ´断面における水平方向の配光特性のシミュレーション結果を示す。 本発明の実施の形態２に係る車両用前照灯のレンズユニットの右側面図である。 同レンズユニットの第１レンズの出射口の拡大平面図である。 一般的なロービームを全点灯させた時の光の照射範囲の模式図である。 従来のハイビームを全点灯させた時の光の照射範囲の模式図である。 一般的なロービームと従来のハイビームとを全点灯させた時の光の照射範囲の模式図である。 本発明の実施の形態２に係る車両用前照灯のハイビームを全点灯させた時の光の照射範囲の模式図である。 一般的なロービームと本発明の実施の形態２に係る車両用前照灯のハイビームを全点灯させた時の光の照射範囲の模式図である。 本発明の実施の形態２に係る車両用前照灯における１つのレンズユニットを用いて、そのレンズユニットに対応するＬＥＤを点灯させた際の光の照射範囲のシミュレーション結果を示す。 図１２ＡのＡ−Ａ´断面における高さ方向の配光特性のシミュレーション結果を示す。 従来の車両用前照灯のハイビームの斜視図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る車両用前照灯について図１〜９Ｂを参照しながら説明する。

＜車両と車両用前照灯の構成＞
図１は車両１を前方から見た図である。車両用前照灯２は、車両１の前面の左右に１個ずつ、ドライバーの視点より低い位置に左右対称に取り付けられている。車両用前照灯２は、ハイビーム３（走行用前照灯）、とロービーム４（すれ違い用前照灯）とで構成されている。

＜ハイビームの構成＞
図２Ａは、車両１の右側（図１の紙面左側）の車両用前照灯２のハイビーム３の平面図である。紙面上方が車両の前方であり、紙面下方が車両の後方である。図２Ｂは、図２Ａと異なる方向から見たハイビーム３の図である。ハイビーム３は、発光素子である複数のＬＥＤ２２ａ〜２２ｇと、ＬＥＤ２２ａ〜２２ｇが実装された複数のＬＥＤ基板２５と、複数のＬＥＤ基板２５を保持する基板２１と、ＬＥＤ基板２５上に配置された複数のレンズユニット３０ａ〜３０ｇと、を含む。レンズユニット３０は、１個のＬＥＤ２２に対して１個設けられている。ここで、符号３０は、複数のレンズユニット３０ａ〜３０ｇのうちの１つを示し、符号２２は、複数のＬＥＤ２２ａ〜２２ｇのうちの１つを示す。

図３Ａの記号Ａ〜Ｇは、車両１の右側の車両用前照灯２のハイビーム３のＬＥＤ２２ａ〜２２ｇのそれぞれから生じた光の照射範囲を示している。横軸は、車両１の中央を０°とし、そこから水平方向に傾いた角度（以下、水平角と称す）を示す。縦軸は、ハイビーム３を通る水平面を０°とし、そこから高さ方向に傾いた角度（以下、仰俯角と称す）を示す。なお、角度の中心点は、仰俯角及び水平角ともに車両１前端の中央である。

ＬＥＤ２２ａ〜２２ｇの並び（位置）と、光の照射範囲の位置とは無関係であり、レンズユニット３０ａ〜３０ｇによって、各ＬＥＤ２２ａ〜２２ｇの照射範囲が調整されている。例えば、図３Ａに示されるように、ＬＥＤ２２ａ、２２ｂの照射範囲Ａ、Ｂは水平角０±２°、ＬＥＤ２２ｃの照射範囲Ｃは水平角−１±２°、ＬＥＤ２２ｄの照射範囲Ｄは水平角１±２°、ＬＥＤ２２ｅの照射範囲Ｅは水平角３±２°、ＬＥＤ２２ｆの照射範囲Ｆは水平角３〜８°、ＬＥＤ２２ｇの照射範囲Ｇは水平角５〜１２°である。

図３ＢのＡ´〜Ｇ´は、車両１の左側の車両用前照灯２のハイビーム３のＬＥＤから生じた光の照射範囲を示しており、この照射範囲は、車両１の中央（水平角０°）を軸として、図３Ａに示した右側のハイビーム３の照度範囲と左右対称となっている。図３Ｃは、右側のハイビーム３と左側のハイビーム３の合成光の照射範囲を示している。図４は、照射範囲（水平角）に対する光度分布、すなわち、左右両側のハイビーム３を全点灯させた時のレンズユニット３０ａ〜３０ｇの水平方向の配光特性を示している。

ＡＤＢ（アダプティブドライビングビーム）システムにおいては、車両に搭載したカメラが対向車や先行車を検知すると、ＬＥＤ２２ａ〜２２ｇのオンオフをそれぞれ自動的に制御することによって、光の照射範囲を制御してドライバーに眩惑を与えないようにすることが可能である。

＜レンズユニットの構成＞
次に、１個のレンズユニット３０の構成について、図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃを参照しながら説明する。レンズユニット３０は、第１レンズ２３と第２レンズ２４とを有する。第１レンズ２３は、前後方向に長い長尺状である。第１レンズ２３の前端には出射口３６が設けられており、後端には入射口３１が設けられている。また、この入射口３１には、ＬＥＤ２２を囲う凹部３１ａが設けられている。図５Ｃに示すように、この凹部３１ａの底面には、第１入射面３２が設けられており、凹部３１ａの側面には、第２入射面３３が設けられている。第１入射面３２は、ＬＥＤ２２に向かって凸形状である。

また、第１レンズ２３の側面は、後方側の第１反射面３４と、前方側の第２反射面３５との２段構成になっている。第１反射面３４は、後方にいくほど幅が小さくなるテーパー形状であって、第２反射面３５は、前方にいくほど幅が小さくなるテーパー形状である。第１レンズ２３の出射口３６の形状は長方形である。なお、第１レンズ２３は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂を材料として、一般的な樹脂成形法により製造される。

ＬＥＤ２２から生じて発散した光は、まず、凹部３１ａの底面に設けられた第１入射面３２、または凹部３１ａの側面に設けられた第２入射面３３に入射する。例えば、第１入射面３２の中央を通過する光路Ｌ１は、そのまま直進して第１レンズ２３の出射口３６に到達する。第１入射面３２の中央から少しずれた箇所を通過する光路Ｌ２は、凸形状の第１入射面３２によって中央に向かって屈折することとなり、その後そのまま直進して出射口３６に到達する。第１入射面３２の中央からややずれた箇所を通過する光路Ｌ３は、凸形状の第１入射面３２によって屈折した後に、第２反射面３５で全反射されて出射口３６に到達する。第２入射面３３を通過する光路Ｌ４は、第２入射面３３で屈折した後、第１反射面３４で全反射され、さらに第２反射面３５で全反射されて出射口３６に到達する。

このようにして、ＬＥＤ２２から生じた光は、第１レンズ３６の出射口３６に収束するようになっている。すなわち、第１レンズ２３は、出射口３６を２次的光源として、ＬＥＤ２２から生じた光を第２レンズ２４へと導くものである。

第２レンズ２４は、図６Ａに示すように、入射面３７と出射面３８とを有する。第２レンズ２４の入射面３７は、平坦形状であって、隙間を挟んで第１レンズ２３の出射口３６と向かい合っている。第２レンズ２４の出射面３８は、車両の前方に向かって凸形状である。なお、第２レンズ２４もまた、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂を材料として、一般的な樹脂成形法により製造される。

ここで、本実施の形態に係る車両用前照灯２では、図６Ａに示すように、第２レンズ２４の焦点６１が第２レンズ２４の内部に位置する。すなわち、第２レンズ２４の焦点６１は、第１レンズ２３の出射口３６よりも前方側（第２レンズ２４側）に位置する。

従来の車両用前照灯においては、図６Ｂに示すように、第２レンズ２４の焦点６１´は第１レンズ２３の出射口３６に位置していた。この場合、第１レンズ２３の出射口３６を２次的光源として第２レンズ２４の入射面３７に入射した光は、概ね平行光として第２レンズ２４の出射面３８から出射される。そのため、光の照射範囲と照射範囲でない部分との明暗がはっきりと区別される。すなわち、従来のレンズユニットの配光特性は、図７の破線で示されるトップハット型分布となる。なお、図７における水平角は、レンズユニット３０の中央を０°としている。

本実施の形態に係る車両用前照灯２では、第２レンズ２４の焦点６１が第１レンズ２３の出射口３６よりも第２レンズ２４側に位置するため、第１レンズ２３の出射口３６を２次的光源として第２レンズ２４の入射面３７に入射した光は、平行光ではなく、レンズユニット３０の中央に向かって傾いた状態で出射面３８から出射される。

そのため、光の照射範囲と照射範囲でない部分との明暗がぼやける。すなわち、本実施の形態に係る車両用前照灯２のハイビーム３のレンズユニット３０の配光特性は、図７における実線で示されるように、レンズユニット３０の中央（水平角０°）を光度がピークであるガウス分布に近いなだらかな分布となる。

図８Ａは、本実施の形態に係る車両用前照灯２のハイビーム３において、２つのレンズユニット３０ｃ、３０ｅの配光特性を示している。符号８１はレンズユニット３０ｃの配光特性、符号８２はレンズユニット３０ｅの配光特性、符号８３はレンズユニット３０ｃの配光特性８１とレンズユニット３０ｅの配光特性８２とを重ねあわせた合成配光特性である。

図８Ｂは、図８Ａの場合と同じく、２つのレンズユニット３０ｃ、３０ｅの配光特性を示すが、レンズユニット３０ｃの配光特性８１がレンズユニット３０ｅの配光特性８２に対して水平角０．２°分だけ位置ズレした様子を示している。このような配光特性の位置ズレは、例えば、レンズユニット３０の振動や温度変化によって、若しくは、車両用前照灯２の組立誤差等によって生ずる。符号８４は、２つのレンズユニット３０ｃ、３０ｅの合成配光特性である。

位置ズレが無い場合の合成配光特性８３（図８Ａ）と位置ズレが有る場合の合成配光特性８４（図８Ｂ）とを比較すると、配光特性８１の位置ズレが生じたことによって、水平角０°付近において光度が若干下がってしまうものの、急激な変化はみられないことがわかる。

一方、図８Ｃは、図８Ａの場合と同じく、２つのレンズユニット３０ｃ、３０ｅの配光特性を示すが、本実施の形態に係る車両用前照灯ではなく、従来の車両用前照灯の配光特性を示している。符号８５はレンズユニット３０ｃの位置に相当する位置に設けられた、図６Ｂに示される従来のレンズユニットの配光特性、符号８６はレンズユニット３０ｅの位置に相当する位置に設けられた、図６Ｂに示される従来のレンズユニットの配光特性、符号８７はこれら２つのレンズユニットの合成配光特性である。

図８Ｄは、図８Ｃの場合と同じく、従来の車両用前照灯の配光特性を示すが、配光特性８５が配光特性８６に対して水平角０．２°分だけ位置ズレした様子を示す。符号８８は、これら２つのレンズユニットの合成配光特性である。

位置ズレが無い場合の合成配光特性８７（図８Ｃ）と位置ズレが有る場合の合成配光特性８８（図８Ｄ）とを比較すると、配光特性８５の位置ズレが生じたことによって、水平角０°付近において急激に光度が下がってしまうことがわかる。すなわち、０°において暗線ができてしまい、強い配光ムラが発生することとなる。

位置ズレが有る場合において、本実施の形態に係る合成配光特性８４（図８Ｂ）と従来の合成配光特性８８（図８Ｄ）とを比較すると、本実施の形態を採用することによって、なだらかな合成配光特性が得られることがわかる。したがって、レンズユニット３０の振動や温度変化によって、若しくは、車両用前照灯２の組立誤差等によって配光特性の位置ズレが生じても、配光ムラを抑制することが可能となる。

＜光学シミュレーションの結果＞
以下、本実施の形態に係るレンズユニット３０の光学シミュレーションの結果について、図９Ａ及び９Ｂを参照しながら説明する。第２レンズ２４の焦点６１と主点６２との距離、すなわち、焦点距離ｆ（図６Ａ参照）は４２ｍｍ、第２レンズ２４の焦点６１と第１レンズ２３の出射口３６との距離ａは５ｍｍである。図９Ｂは、仰俯角０°における水平角（横軸）と光度（縦軸）との関係、すなわち、水平方向におけるレンズユニット３０の配光特性を示す。図９Ｂに示すように、配光特性は半値幅が±２°の場合において、光度のピークである水平角０°からなだらかに変化していることがわかる。

第２レンズ２４の焦点距離ｆを４２ｍｍ、第２レンズ２４の焦点６１と第１レンズ２３の出射口３６との光学距離ａを５ｍｍとすると、ａ／ｆは、およそ０．１２となる。ここで、ａ／ｆの値が小さくなると配光特性の変化率が大きくなり、すなわち、従来のようなトップハット型分布に近づいてしまう。一方、ａ／ｆの値が大きくなると配光特性の変化率が小さくなるが、ａ／ｆの値を大きくし過ぎると、配光特性が必要以上に水平方向に広がってしまう。したがって、ａ／ｆの値としては０．０５＜ａ／ｆ＜０．２を満たすように設計することが好ましい。

なお、本実施の形態は、第２レンズ２４の焦点６１が第２レンズ２４の内部に位置する態様であるが、本発明はこの態様に限定されない。すなわち、図６Ｃに示すように、第１レンズ２３の出射口３６と第２レンズ２４の入射面３７との間に隙間ｇが設けられており、第２レンズ２４の焦点６１が、この隙間ｇに設けられる態様であってもよい。このように、第２レンズ２４の焦点６１が第１レンズ２３の出射口３６よりも前方側（第２レンズ２４側）に位置する態様であれば、本発明の課題を解決することが可能である。この隙間ｇの大きさ、すなわち、車両の前後方向における長さは、例えば、１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る車両用前照灯について、図１０Ａ〜１２Ｂを参照しながら説明する。実施の形態１は、ハイビーム３同士の間の配光ムラを抑制する態様であるが、実施の形態２では、ハイビーム３とロービーム４との間の配光ムラを抑制する態様である。実施の形態１と同じ構成については、説明を省略し、異なる構成のみを説明する。

図１０Ａは、本実施の形態におけるレンズユニット３０´の右側面図を示す。紙面左方が車両の下方、紙面右方が車両の上方を示す。本実施の形態におけるレンズユニット３０´では、第１レンズ２３の出射口３６が、第２レンズ２４の焦点６１との距離が互いに異なる複数の出射面、すなわち第１出射面１１１と、第２出射面１１２と、第３出射面１１３と、第４出射面１１４とで構成されている。図１０Ｂは、図１０Ａの第1レンズ２３の出射口３６の拡大図である。

第２レンズ２４の焦点位置６１に対して第１レンズ２３の出射面を遠ざけると、遠ざけた出射面から出射する光は、広がりながら第２レンズ２４の焦点６１まで到達する。そのため、第１レンズの出射面１１１〜１１４から出射した光は、第２レンズの焦点６１に到達するまでの間に、光度分布が拡大するとともに光度が低下する。また、複数の出射面１１１〜１１４は、いずれも、第２レンズ２４の中央よりも下方に位置している。そのため、高さ方向の下方における光度が低下することとなる。

図１１Ａは、一般的な車両用前照灯の左右両側のロービームを同時点灯させた場合における光度の等高線、すなわち、光の照射範囲を示した図である。なお、図１１Ａ〜Ｅにおいて、仰俯角は、車両用前照灯２を通る水平面を０°とし、水平角は、車両の中央を０°とした。ロービームの照射範囲は、仰俯角０°付近において、光度変化が大きなカットオフライン９０を有する。

このカットオフライン９０は、光の明暗の区切り線であり、対向車のドライバーに対して眩惑を与えないようにするために設けられている。カットオフライン９０の形状は、直線ではなく水平角０°付近にて肘の様に折れ曲がった形状をしている。なお、この照射範囲は、車両が右側通行の場合を想定しており、左側通行の場合は、照射範囲は左右逆の形状になる。

図１１Ｂは、従来の車両用前照灯の左右両側のハイビームを同時点灯させた場合における照射範囲を示した図である。図１１Ｃは、従来の車両用前照灯の左右両側のハイビームと、一般的な車両用前照灯の左右両側のロービームを同時点灯させた場合における光の照射範囲を示した図である。すなわち、図１１Ｃは、図１１Ａにおける光の照射範囲と図１１Ｂにおける光の照射範囲とを重ねあわせた図である。この場合、ロービームのカットオフライン９０と、ハイビームの照射範囲とが重なり合って光度を強め合うことにより、配光ムラが生じてしまうことがわかる。

図１１Ｄは、本実施の形態に係る車両用前照灯２の左右両側のハイビームを同時点灯させた場合において、光の照射範囲を示した図である。図１１Ｂで示した一般的なハイビームの光の照射範囲と比較すると、高さ方向の下方において光の照射範囲が途切れていることがわかる。

図１１Ｅは、一般的な車両用前照灯の左右両側のロービームと、本実施の形態に係る車両用前照灯の左右両側のハイビームを同時点灯させた場合における光の照射範囲を示した図である。すなわち、図１１Ｅは、図１１Ａにおけるロービームの光の照射範囲と、図１１Ｄにおけるハイビームの光の照射範囲とを重ねあわせた図である。

本実施の形態に係る車両用前照灯によれば、ハイビームの光の照射範囲とロービームの光の照射範囲とが重なる領域においてハイビームの光度を下げることによって、配向ムラを軽減することができる。これは、図１０Ａ及び１０Ｂに示すように、左側のハイビームのレンズユニット３０´における第１レンズ２３の出射口が、第２レンズ２４の焦点６１との距離が互いに異なる複数の出射面１１１〜１１４で構成されており、これら出射面１１１〜１１４は、レンズユニット３０´の中央よりも下方に位置しているため、ハイビームの光の照射範囲は、高さ方向の下方の光度が低下し、高さ方向において光の照射範囲が途切れたためである。

さらに、左側のハイビームと右側のハイビームとで、高さ方向における光の照射範囲の大きさが異なっている。すなわち、左側のハイビームの照射範囲は、図１１Ｄに示すように、仰俯角０°よりも下方にはみ出しているが、右側のハイビームの照射範囲は、仰俯角０°付近で途切れている。これは、図１１Ｅに示すように、カットオフライン９０を有するロービームの照射範囲にハイビームの照射範囲を合わせるためである。

このように、高さ方向における光の照射範囲の大きさを制御するには、複数の出射面１１１〜１１４のうちの第１出射面１１１の幅の割合を変更すればよい。すなわち、第１出射面１１１の幅を大きすることで、高さ方向における光の照射範囲を大きくすることができ、反対に、第１出射面１１１の幅を小さくすることで、高さ方向における光の照射範囲を小さくすることができる。本実施の形態では、左側のハイビームにおけるレンズユニットの第１出射面１１１の幅は、右側のハイビームにおけるレンズユニットの第１出射面１１１の幅よりも大きくなっている。そのため、右側のハイビームの照射範囲よりも左側のハイビームの照射範囲の方が高さ方向に大きくなっている。なお、「幅」とは、車両の高さ方向における寸法を意味する。

また、図１１Ｅに示すように、ロービームのカットオフライン９０は、水平角０°付近で屈曲した形状をしている。そのため、ハイビームの照射範囲をロービームのカットオフライン９０に合わせるためには、ハイビームの照射範囲のうち水平角０°付近の領域では、ただ単に第１出射面１１１の幅を変更するだけでなく、第１出射面１１１をカットオフラインに合わせた屈曲形状にすることが必要である。

なお、図１１Ｄ及び１１Ｅにおいて、左側のハイビームの高さ方向における光の照射範囲が右側のハイビームのものよりも大きくなっているのは、車両が右側通行の場合を想定しており、ロービームのカットオフラインが左側に位置することに起因する。車両が左側通行の場合は、ロービームのカットオフラインは右側に位置するため、右側のハイビームの高さ方向における光の照射範囲を左側のハイビームのものよりも大きくすることで、ハイビームの光の照射範囲をロービームのカットオフラインに合わせることができる。

＜光学シミュレーションの結果＞
以下、本実施の形態に係る車両用前照灯の光学シミュレーションの結果について、図１２Ａ及び１２Ｂを参照しながら説明する。第１レンズ２３および第２レンズ２４の材料はＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂、屈折率は１．４９）であり、第２レンズ２４の焦点距離は４２ｍｍである。また、第２出射面１１２の幅ｗ１（図１０Ｂ参照）は０．２ｍｍ、第３出射面１１３の幅ｗ２は０．４ｍｍ、第４出射面１１４の幅ｗ３は３．２ｍｍ、第１出射面１１１と第２出射面１１２との前後方向の距離ｄ１は３．２ｍｍ、第２出射面と第３出射面１１３との前後方向の距離ｄ２は１．６ｍｍ、第３出射面１１３と第４出射面１１４との前後方向の距離ｄ３は０．８ｍｍである。

図１２Ａは左側の車両用前照灯において水平角３．５°傾斜して配置されたレンズユニットの配光特性を示す。ロービームのカットオフラインと重なる部分の光度が低下し、暗くなっていることが分かる。

図１２Ｂは、水平角３．５°における仰俯角（横軸）と光度（縦軸）との関係、すなわち、高さ方向におけるレンズユニット３０´の配光特性を示す。図１２Ｂに示すように、レンズユニット３０´の配光特性は、仰俯角が下がるにつれて、すなわち、ロービーム４側にいくにつれて、なだらかにかつ、光度が大きく低下するように変化することがわかる。

前記複数の出射面は、前記焦点との距離が大きいほど、幅が大きく、かつ、隣り合う出射面同士の間の距離は小さくすることによって、すなわち、ｄ１≧ｄ２≧ｄ３、かつ、ｗ１≦ｗ２≦ｗ３とすることによって、レンズユニット３０´の配光特性をなだらかに変化させることが可能となる。以下、詳細を説明する。

光の照射範囲を拡大するためには、焦点６１からの距離を大きく（ｄ１〜ｄ３の値を大きく）すれば良い。一方で、各出射面から出射する光の光度は、出射面がレンズユニット３０´の中央から離れるにつれて小さくなっていく。つまり、光度は、第２出射面１１２において比較的大きく、第４出射面１１４において比較的小さくなる。そのため、例えばｄ３の値を大きくすると、第４出射面１１４から出射する光の光度が極端に低下してしまい、配光特性が急激に変化してしまう。したがって、ｄ１≧ｄ２≧ｄ３の条件を満たすことが好ましい。

また、前述したように第２出射面１１２から出射する光の光度は大きい。そのため、その幅ｗ１を大きくすると、配向特性が急激に変化してしまうこととなる。すなわち、ｗ１≦ｗ２≦ｗ３、すなわち、光度が比較的大きい領域の幅を小さくするとともに光度が比較的小さい領域の幅を大きくすることによって、全体として配向特性をなだらかにすることができる。したがって、上記条件を満たすように設計することが好ましい。

なお、本実施の形態は、第２レンズ２４の出射口３８が４つの出射面１１１、１１２、１１３、１１４で構成される態様であるが、出射面の数が４つである態様に限られるものではなく、出射口が２つ以上の出射面で構成される態様であればよい。

なお、実施の形態１は、第１レンズ２３の出射口３６の形状が長方形である態様であるが、楕円、或いは半円、半楕円形状から一部分が欠けている形状であっても良く、これらの組み合わせにより、自由な光度分布を形成することが可能である。また、実施の形態１と２は組み合わせることができる。

また、実施の形態１及び２に係る車両用前照灯は、ＬＥＤ２２を備える態様であるが、当然にＬＥＤ以外の発光素子を備える態様であってもよい。

本発明における車両用前照灯は、車両用だけなく、広く乗り物用の照明装置として利用できる。また、建物用の照明装置としても利用できる。

１ 車両
２ 車両用前照灯
３ ハイビーム
４ ロービーム
３０、３０ａ〜３０ｇ レンズユニット
２１ 基板
２２、２２ａ〜２２ｇ ＬＥＤ
２３ 第１レンズ
２４ 第２レンズ
２５ ＬＥＤ基板
３１ 入射口
３２ 第１入射面
３３ 第２入射面
３４ 第１反射面
３５ 第２反射面
３６ 出射口
３７ 入射面
３８ 出射面
６１ 第２レンズの焦点
１１１ 第１出射面
１１２ 第２出射面
１１３ 第３出射面
１１４ 第４出射面

Claims (6)

1. 複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子に対応して複数設けられ、入射口と出射口とを有するとともに、前記複数の発光素子から前記入射口に入射した光を前記出射口に収束するように構成された複数の第１レンズと、
   前記複数の発光素子に対応して複数設けられ、前記出射口と向かい合う入射面を有するとともに、焦点を形成するための凸形状の出射面を有する複数の第２レンズと、を備え、
   前記複数の第１レンズの前記出射口は、前記第２レンズの焦点との距離が互いに異なる複数の出射面で構成されており、
   前記複数の第１レンズの前記複数の出射面は、車両の高さ方向の下方にいくほど、前記焦点との距離が大きく、
   前記第２レンズの焦点は、前記第２レンズの内部に位置する
   ことを特徴とする記載の車両用前照灯。
2. 複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子に対応して複数設けられ、入射口と出射口とを有するとともに、前記複数の発光素子から前記入射口に入射した光を前記出射口に収束するように構成された複数の第１レンズと、
   前記複数の発光素子に対応して複数設けられ、前記出射口と向かい合う入射面を有するとともに、焦点を形成するための凸形状の出射面を有する複数の第２レンズと、を備え、
   前記複数の第１レンズの前記出射口は、前記第２レンズの焦点との距離が互いに異なる複数の出射面で構成されており、
   前記複数の第１レンズの前記複数の出射面は、車両の高さ方向の下方にいくほど、前記焦点との距離が大きく、
   前記第１レンズの出射口と前記第２レンズの入射面との間には隙間が設けられており、
   前記第２レンズの焦点は、前記隙間に位置する
   ことを特徴とする車両用前照灯。
3. 前記複数の第１レンズの前記入射口は、
   前記発光素子が入り込む凹部と、
   前記凹部の底面に設けられるとともに、前記発光素子に向かって凸形状の第１入射面と、
   前記凹部の側面に設けられた第２入射面と、で構成されており、
   前記複数の第１レンズは、
   前記第２入射面に入射した光を全反射して前記出射口に導くように構成された第１反射面と、
   前記第１入射面を通過した光および前記第１反射面で反射した光を全反射して前記出射口に導くように構成された第２反射面と、をさらに有する
   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。
4. 前記第２レンズの焦点距離をｆとし、前記第２レンズの焦点の位置から前記第１レンズの出射口までの光学距離をａとしたときに、０．０５＜ａ／ｆ＜０．２を満たす
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用前照灯。
5. 前記複数の第１レンズの前記複数の出射面は、前記焦点との距離が大きいほど、車両の高さ方向の寸法が大きく、かつ、隣り合う出射面同士の間の距離は小さい
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用前照灯。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の車両用前照灯を搭載する
   ことを特徴とする車両。