JP7097974B2 - ヘッドライト装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるヘッドライト装置の技術に関する。

車両のヘッドライト装置は、ロービーム（すれ違い用前照灯）およびハイビーム（走行用前照灯）を出射する機構を備える。ロービームは、前方４０ｍ先の路面を照らすことができるものと定められている。ハイビームは、前方１００ｍ先を照らすことができるものと定められている。対向車等が存在する場合には、眩しさによる危険性を防止するために、ハイビームではなくロービームを使用することが定められている。ロービームのカットオフラインは、照明光のうちで上側の光をカットオフ、遮光するための境界線を指す。

従来のヘッドライト装置は、ロービームのためのカットオフラインを形成する手段としては、例えば、遮光部品であるシェードを設ける構成や、光源の光軸が斜めになるように配置される構成等が挙げられる。

また、近年では、固体光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体光源素子が発展している。車両用のヘッドライト装置においても、光源としてＬＥＤを利用したものが開発されている。

上記ヘッドライト装置に係わる先行技術例として、特開２０１５－１３３１７０号公報（特許文献１）が挙げられる。特許文献１では、軽量化および小型化が可能であり、発光ダイオード（ＬＥＤ）による車両用ヘッドライトユニットから外部への出射光量を確保しながら、太陽光による影響を抑制できる車両用ヘッドライトユニットを提供する旨が記載されている。

また、非特許文献１には、車両用のヘッドランプとして、ＬＥＤを用いて、高さ２５ｍｍを実現する旨が記載されている。

特開２０１５－１３３１７０号公報

Thin Lens Solutions for Lighting, A. Perrotin， Valeo Lighting System, Angers, France., 12th International Symposium on Automotive Lightning -ISAL 2017 -Proceedings of the Conference : Volume 17., p155-158.

従来のヘッドライト装置は、ロービームのためのカットオフラインを形成する手段として、例えば遮光部品であるシェードを設ける構成や、光源の光軸が斜めになるように配置される構成の場合、ヘッドライト装置の高さ方向で、ある程度以上に大きい厚さが必要である。そのため、従来のヘッドライト装置は、薄型化の観点では改善余地がある。また、従来のヘッドライト装置は、例えば光源からの光がシェードによって遮光される構成の場合、その遮光の分、光利用の無駄が生じ、光利用効率の観点でも改善余地がある。

本発明の目的は、ヘッドライト装置の技術に関して、ロービームやハイビームを出射する機構を備える場合に、薄型および光利用効率向上等を実現できる技術を提供することである。

本発明のうち代表的な実施の形態は、ヘッドライト装置であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。

一実施の形態のヘッドライト装置は、車両に搭載されるヘッドライト装置であって、ロービームを出射するロービームヘッドライトを備え、前記ロービームヘッドライトは、ロービーム用固体光源と、前記ロービーム用固体光源の光軸上に配置され前記ロービーム用固体光源からの発光を集光するロービーム用光源集光光学系と、前記光軸上に配置され前記ロービーム用光源集光光学系からの光を入射し配光制御して出射するロービーム用配光制御導光体と、前記光軸上に配置され前記ロービーム用配光制御導光体からの光を入射して投射するロービーム用プロジェクタレンズと、を有し、前記ロービーム用配光制御導光体は、前記ロービーム用光源集光光学系からの光を入射する入射面と、複数の全反射面と、前記ロービーム用プロジェクタレンズへの光を出射する出射面と、を有し、前記入射面からの入射光のうちの第１光は前記複数の全反射面を経由せずに前記出射面から出射され、前記入射光のうちの第２光は前記複数の全反射面での複数回の全反射を経由して前記出射面から出射される。

一実施の形態のヘッドライト装置は、車両に搭載されヘッドライト装置であって、ハイビームを出射するハイビームヘッドライトを備え、前記ハイビームヘッドライトは、ハイビーム用固体光源と、前記ハイビーム用固体光源の光軸上に配置され前記ハイビーム用固体光源からの発光を集光するハイビーム用光源集光光学系と、前記光軸上に配置され前記ハイビーム用光源集光光学系からの光を入射して配光制御し出射するハイビーム用配光制御導光体と、前記光軸上に配置され前記ハイビーム用配光制御導光体からの光を入射して投射するハイビーム用プロジェクタレンズと、を有し、前記ハイビーム用配光制御導光体は、前記ハイビーム用光源集光光学系からの光を入射する入射面と、前記ハイビーム用プロジェクタレンズへの光を出射する出射面と、を含み、前記ハイビーム用配光制御導光体の前記入射面または前記出射面の少なくとも一方は、前記光軸の方向と前記鉛直方向とが成す断面において前記鉛直方向の上下での非対称形状を有する。

本発明のうち代表的な実施の形態によれば、ヘッドライト装置の技術に関して、ロービームやハイビームを出射する機構を備える場合に、薄型および光利用効率向上等を実現できる。

本発明の実施の形態のヘッドライト装置を搭載した車両の構成を示す図である。 実施の形態のヘッドライト装置における全体の構成を示す斜視図である。 実施の形態のヘッドライト装置における内部の構成を示す斜視図である。 実施の形態のヘッドライト装置におけるロービームヘッドライトの水平断面およびロービームの光路等を示す図である。 実施の形態のヘッドライト装置におけるロービームヘッドライトの鉛直断面およびロービームの光路等を示す図である。 実施の形態のヘッドライト装置におけるハイビームヘッドライトの水平断面およびハイビームの光路等を示す図である。 実施の形態のヘッドライト装置におけるハイビームヘッドライトの鉛直断面およびハイビームの光路等を示す図である。 実施の形態のヘッドライト装置で、ロービーム用光源集光光学系の構成を示す斜視図である。 実施の形態のヘッドライト装置で、ハイビーム用光源集光光学系の構成を示す斜視図である。 実施の形態のヘッドライト装置で、ロービーム用光源集光光学系の水平断面および光路を示す図である。 実施の形態のヘッドライト装置で、ロービーム用配光制御導光体の入射側の構成を示す斜視図である。 実施の形態のヘッドライト装置で、ロービーム用配光制御導光体の出射側の構成を示す斜視図である。 実施の形態のヘッドライト装置で、ロービーム用配光制御導光体の上面図である。 実施の形態のヘッドライト装置で、ロービーム用配光制御導光体の水平断面および光路を示す図である。 実施の形態のヘッドライト装置で、ロービーム用配光制御導光体の鉛直断面および光路等を示す図である。 実施の形態のヘッドライト装置で、ハイビーム用配光制御導光体の入射側の構成を示す斜視図である。 実施の形態のヘッドライト装置で、ハイビーム用配光制御導光体の出射側の構成を示す斜視図である。 実施の形態のヘッドライト装置で、ハイビーム用配光制御導光体の鉛直断面を示す図である。 実施の形態のヘッドライト装置で、ハイビーム用配光制御導光体の入射面および出射面での光束領域形状を示す図である。 実施の形態のヘッドライト装置で、ロービームおよびハイビームの配光分布特性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態）
図１～図２０を用いて、本発明の実施の形態のヘッドライト装置について説明する。実施の形態のヘッドライト装置は、固体光源として特にＬＥＤを用いた場合の構成を示す。ＬＥＤを用いることで、装置を薄型、小型にすることが可能である。その際、装置全体の薄型の実現のためには、ＬＥＤ以外の部品についても併せて薄型として構成する必要がある。そのため、実施の形態のヘッドライト装置は、ロービーム出射機構に関して、遮光部材であるシェードを設ける構成等を採用しない。実施の形態のヘッドライト装置は、ＬＥＤに併せて、光源集光光学系や配光制御導光体の構造を工夫することで、薄型および高い光利用効率を実現する。具体的には、実施の形態のヘッドライト装置は、導光体の内部での複数回の全反射を用いることで、ロービームおよびそのカットオフラインを形成する。

［車両およびヘッドライト装置］
図１は、実施の形態のヘッドライト装置１が搭載された車両２の概要構成を示す斜視図である。図１の（Ａ）は、車両２の前部の左右の位置に搭載されたヘッドライト装置１（１ａ，１ｂ）を示す。ヘッドライト装置１は、前部の右側のヘッドライト装置１ａと、前部の左側のヘッドライト装置１ｂとがある。

なお、説明上の方向として、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を示す。Ｘ方向は、第１水平方向であり、車両２やヘッドライト装置１の横方向や左右方向や幅方向に対応する。Ｙ方向は、鉛直方向であり、車両２やヘッドライト装置１の高さ方向に対応する。Ｚ方向は、第２水平方向であり、車両２の前後方向、ヘッドライト装置１の光軸方向に対応する。

図１の（Ｂ）は、（Ａ）のうちの右側のヘッドライト装置１ａを含む部分を拡大して示している。このヘッドライト装置１（１ａ）は、大別して、ロービームヘッドライト１０とハイビームヘッドライト２０とで構成されている。ロービームヘッドライト１０は、ロービーム照射機構であり、車両２の前部のＸ方向で外側に近い位置に配置されており、複数の列、例えば３列のロービーム部から構成されている。ハイビームヘッドライト２０は、ハイビーム照射機構であり、車両２の前部のＸ方向で内側に近い位置に配置されており、複数の列、例えば２列のハイビーム部から構成されている。

なお、左側のヘッドライト装置１ｂも、右側のヘッドライト装置１ａに対し、概略的に左右対称形状で同様の構成を有する。左右のヘッドライト装置１（１ａ，１ｂ）は、配光分布が異なり、概略的には左右対称形状での配光分布を有し、それぞれ好適な配光分布を有する。具体的には、後述するが、ヘッドライト装置１の光軸上で、対向車側よりも路側帯側をより広く照らすように、配光分布特性が設計されている。

［ヘッドライト装置］
図２および図３は、実施の形態のヘッドライト装置１（例えば右側のヘッドライト装置１ａ）の構成の斜視図を示す。図２は、ヘッドライト装置１の全体の外観を示す。図３は、ヘッドライト装置１の内部の構成を示す。

図２で、ヘッドライト装置１の本体の主要な部分であるロービームヘッドライト１０およびハイビームヘッドライト２０は、ヘッドライトケース３０に収容されている。ヘッドライトケース３０の背面側、ロービームヘッドライト１０およびハイビームヘッドライト２０の光源側に対応するＺ方向の後側には、ヒートシンク３１が固定されている。

ヘッドライトケース３０のＺ方向の前側の側面は開口しており、ロービームヘッドライト１０およびハイビームヘッドライト２０のそれぞれのプロジェクタレンズが露出する状態で配置されている。ロービームヘッドライト１０側では、ロービーム用プロジェクタレンズ１１として、３個のプロジェクタレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃがＸ方向に配置されている。ハイビームヘッドライト２０側では、ハイビーム用プロジェクタレンズ２１として、２個のプロジェクタレンズ２１ａ，２１ｂがＸ方向に配置されている。

図３で、ロービームヘッドライト１０は、Ｘ方向で３列の、同様の構造を持つ３個のロービーム部として、ロービーム部１０ａ，１０ｂ，１０ｃによって構成されている。ハイビームヘッドライト２０は、Ｘ方向で２列の、同様の構造を持つ２個のハイビーム部として、ハイビーム部２０ａ，２０ｂによって構成されている。

ヘッドライトケース３０内において、Ｚ方向の後側の側面であるＸ－Ｙ面には、Ｘ方向に長く延在するようにして、ＬＥＤ基板３２が固定されている。ＬＥＤ基板３２のＺ方向の後側に向いた面には、ヒートシンク３１が固定されている。ヒートシンク３１は、複数のフィンを持ち、複数のＬＥＤ等の熱を放散する。ＬＥＤ基板３２の主面である、Ｚ方向の前側に向いたＸ－Ｙ面には、図３では見えないが、図４等に示されるように、固体光源として、複数のＬＥＤ（ＬＥＤ素子）が実装されている。複数のＬＥＤは、５列のビーム照射機構（ロービーム部およびハイビーム部）に対応した合計５個のＬＥＤであり、３個のロービーム用ＬＥＤ、および２個のハイビーム用ＬＥＤを有する。ＬＥＤ基板３２には、複数のＬＥＤの点灯および消灯等を制御する回路等も実装されている。なお、実施の形態では、１つのＬＥＤ基板３２に複数のＬＥＤが実装されているが、１つ以上のＬＥＤが実装されたＬＥＤ基板を複数枚用いた形態としてもよい。ＬＥＤを用いることで、低消費電力、長寿命、低コストで、環境保護に優れ、薄型のヘッドライト装置１が実現できる。

ＬＥＤ基板３２上、それぞれのＬＥＤの光軸の位置に対し、光軸方向であるＺ方向に沿って前側には、光源集光光学系を構成するＬＥＤコリメータが配置されている。ロービームヘッドライト１０側では、ロービーム用光源集光光学系であるＬＥＤコリメータ１３として、３個のＬＥＤコリメータ１３ａ，１３ｂ，１３ｃがＸ方向に配置されている。ハイビームヘッドライト２０側では、ハイビーム用光源集光光学系であるＬＥＤコリメータ２３として、２個のＬＥＤコリメータ２３ａ，２３ｂがＸ方向に配置されている。

実施の形態のヘッドライト装置１におけるロービームヘッドライト１０の光源部は、ロービーム用固定光源であるロービーム用ＬＥＤ（図４等のＬＥＤ１２）と、ロービーム用光源集光光学系であるＬＥＤコリメータ１３とで構成されている。ロービーム用光源集光光学系であるＬＥＤコリメータ１３は、ＬＥＤの発光を集光し所定の配光制御を行って出射する。同様に、ハイビームヘッドライト２０の光源部は、ハイビーム用固定光源であるハイビーム用ＬＥＤ（図６等のＬＥＤ２２）と、ハイビーム用光源集光光学系であるＬＥＤコリメータ２３とで構成されている。

各ＬＥＤコリメータに対し、Ｚ方向の前側には、所定の距離での空間を介した所定の位置に、配光制御導光体が配置されている。ロービームヘッドライト１０側では、ロービーム用配光制御導光体である導光体１４を有する。導光体１４は、Ｘ方向に３列で配置された３個の導光体１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有する。ハイビームヘッドライト２０側では、ハイビーム用配光制御導光体である導光体２４を有する。導光体２４は、Ｘ方向に１列で配置された１個の導光体である。導光体１４および導光体２４は、それぞれ、ヘッドライトケース３０に固定されている。ロービーム側の導光体１４は、３列のロービーム部１０ａ，１０ｂ，１０ｃでそれぞれ独立した３個のロービーム用配光制御レンズとして構成されている。ハイビーム側の導光体２４は、２列のハイビーム部２０ａ，２０ｂで１個に共通化されたハイビーム用配光制御レンズとして構成されている。

各導光体に対し、Ｚ方向の前側には、所定の距離の空間を介した所定の位置に、プロジェクタレンズが配置されている。ロービーム側の導光体１４に対し、ロービーム用プロジェクタレンズ１１が配置されている。ハイビーム側の導光体２４に対し、ハイビーム用プロジェクタレンズ２１が配置されている。それぞれのプロジェクタレンズは、ヘッドライトケース３０に固定されている。プロジェクタレンズ１１，２１は、所定の配光制御と共に、ヘッドライト装置１すなわち車両２の前方の空間へ照明光を拡大投射する投射光学系を構成している。

実施の形態では、それぞれのロービーム部およびハイビーム部のプロジェクタレンズ１１，２１は、１つの非球面レンズで構成されている。この非球面レンズは、入射側および出射側でそれぞれ外側に凸形状を持つ両凸レンズで構成されており、入射面および出射面はそれぞれ非球面である。

また、特に、ロービーム用プロジェクタレンズ１１は、３列のロービーム部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの３個のプロジェクタレンズ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが、Ｘ方向で連接するようにして１個の部品としても構成されている。ハイビーム用プロジェクタレンズ２１は、２列のハイビーム部２０ａ，２０ｂの２個のプロジェクタレンズ２１ａ，２１ｂがＸ方向で連接するようにして１個の部品としても構成されている。プロジェクタレンズは、このような構成に限らず可能である。

ハイビームヘッドライト２０は、前方１００ｍ先への照明を実現し、ロービームヘッドライト１０は、前方４０ｍ先の路面への照明を実現する。ロービームは、水平方向（Ｚ方向）の光軸に対し、やや斜め下の方向への配光分布を持つ。

実施の形態では、ロービームヘッドライト１０は、光量および位置合わせ精度等を考慮して、光源部（ＬＥＤおよびＬＥＤコリメータ１３）と導光体１４との対応関係を３対３とする構成としている。ロービームヘッドライト１０は、この構成に限らず可能である。例えば、複数（例えば３個）の導光体１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）がＸ方向で連結されて１個の部品として構成されてもよい。例えば、複数（例えば３個）のＬＥＤコリメータ１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）がＸ方向で連結されて１個の部品として構成されてもよい。

実施の形態では、ハイビームヘッドライト２０は、部品数低減を考慮して、光源部（ＬＥＤおよびＬＥＤコリメータ２３）と導光体２４との対応関係を２対１とした構成としている。ハイビームヘッドライト２０は、この構成に限らず可能である。例えば、光源部と導光体２４とで２対２となるように、独立した複数（例えば２個）の導光体として構成されてもよい。

ヘッドライト装置１の制御の構成に関しては以下の通りである。車両２に搭載されている所定の制御部（例えばエンジン制御ユニット）は、ヘッドライト装置１を制御する。その制御部は、ハイビームを点灯させる際には、上記ハイビームヘッドライト２０およびロービームヘッドライト１０における全５個のＬＥＤを点灯させるように、制御信号をＬＥＤ基板３２に与える。ＬＥＤ基板３２は、その制御信号に応じて、５個のＬＥＤを点灯させる。また、その制御部は、ロービームを点灯させる際には、ロービームヘッドライト１０側の３個のＬＥＤを点灯させ、ハイビームヘッドライト２０側の２個のＬＥＤを消灯させるように、制御信号をＬＥＤ基板３２に与える。ＬＥＤ基板３２は、その制御信号に応じて、３個のＬＥＤを点灯させ、２個のＬＥＤを消灯させる。なお、他の制御例としては、ハイビームヘッドライト２０側の２個のＬＥＤのみを点灯させることや、選択した個々のＬＥＤを点灯または消灯させることも可能である。

なお、実施の形態のヘッドライト装置では、照明量を確保するために、複数（例えば５個）のＬＥＤ、複数のロービーム部およびハイビーム部を用いている。実施の形態のＬＥＤの数、ロービーム部およびハイビーム部の数に限らず可能である。

［ロービームヘッドライト（１）］
図４は、ロービームヘッドライト１０および光路を鉛直上方（Ｙ方向）からみた場合に対応する、ＬＥＤの光軸（一点鎖線で示す）の位置での水平断面（Ｘ－Ｚ面）の構成を示す。図４では、Ｘ方向の１列のロービーム部の部分を示すが、各列で同様の構成を有する。ＬＥＤ基板３２の主面には、ロービーム用ＬＥＤであるＬＥＤ１２が実装されている。ＬＥＤの光軸は、ＬＥＤの発光面（Ｘ－Ｙ面）に対して垂直な線である。

図４で、ＬＥＤコリメータ１３の出射面Ｆ１、導光体１４の入射面Ｆ２、出射面Ｆ３、プロジェクタレンズ１１の入射面Ｆ４、および出射面Ｆ５を示す。また、図４で、ＬＥＤコリメータ１３からの出射光であって導光体１４への入射光である光４０１と、導光体１４からの出射光であってプロジェクタレンズ１１への入射光である光４０２と、プロジェクタレンズ１１からの出射光である光４０３とを示す。導光体１４からの出射光である光４０２は、複数の光線として示す光束（ロービーム用光束）１５ａ，１５ｂを含む。プロジェクタレンズ１１からの出射光である光４０３は、ロービーム用光束１５ｃで構成されるロービームである。

光束１５ａは、光４０１に基づいた導光体１４の入射面Ｆ２への入射光および出射面Ｆ３からの出射光のうち、導光体１４内部での全反射を経由せずにカットされずにそのまま出射された一部の光である第１光に対応する光束を示す。光束１５ｂは、光４０１に基づいた導光体１４の入射面Ｆ２への入射光および出射面Ｆ３からの出射光のうち、導光体１４内部での複数回の全反射を経由してカットされつつ再利用されて出射された他の一部の光である第２光に対応する光束を示す。特に、光束１５ｂは、全反射によってＸ方向で外側に移動された光束を含む。

［ロービームヘッドライト（２）］
図５は、図４のロービームヘッドライト１０および光路を側方（Ｘ方向）からみた場合に対応する、光軸の位置での鉛直断面（Ｙ－Ｚ面）の構成を示す。図５で、Ｙ方向における厚さＴ１は、ヘッドライト装置１（特にロービームヘッドライト１０）の厚さを示す。この厚さＴ１は、ヘッドライトケース３０やねじ等の部品を除く主要な構成要素である、ＬＥＤ基板３２、ＬＥＤ１２、ＬＥＤコリメータ１３、導光体１４、およびプロジェクタレンズ１１が収まっている範囲に対応する概略的な厚さを示す。実施の形態のヘッドライト装置１では、この厚さＴ１は、２０ｍｍ程度まで薄型にすることができる。

図４および図５で、ＬＥＤコリメータ１３の出射面Ｆ１からの全ての光束は、導光体１４の入射面Ｆ２に入射する。導光体１４の出射面Ｆ３からの全ての光束は、プロジェクタレンズ１１の入射面Ｆ４に入射する。この条件を満たすようにすれば、導光体１４からの出射光の方向は特に限定されない。図４で、プロジェクタレンズ１１の出射面Ｆ５からのロービーム用光束１５ｃは、屈折作用によって焦点に収束してからＸ方向に広がる光束となる。図５で、ＬＥＤコリメータ１３の出射面Ｆ１からの光束は、Ｙ方向で光軸に向けてある程度絞り込まれた光束として導光体１４の入射面Ｆ２に入射し、出射面Ｆ３または全反射面に進む。導光体１４の出射面Ｆ３からの光束は、Ｙ方向で上下に反転した像としてプロジェクタレンズ１１の入射面Ｆ４に入射する。プロジェクタレンズ１１の出射面Ｆ５からの光束は、屈折作用によってＹ方向で光軸からやや斜め下に向いたロービーム用光束１５ｃとなる。

［ハイビームヘッドライト（１）］
図６は、ハイビームヘッドライト２０および光路を鉛直上方（Ｙ方向）からみた場合に対応する、光軸（一点鎖線で示す）の位置での水平断面（Ｘ－Ｚ面）の構成を示す。図６では、Ｘ方向の１列のハイビーム部の部分を示すが、各列で同様の構成を有する。

ＬＥＤ基板３２の主面には、ハイビーム用ＬＥＤであるＬＥＤ２２が実装されている。なお、ロービーム用ＬＥＤであるＬＥＤ１２とハイビーム用ＬＥＤであるＬＥＤ２２とでは、同じＬＥＤ素子を用いてもよいし、異なるＬＥＤ素子を用いてもよい。

図６で、ＬＥＤコリメータ２３の出射面Ｇ１、導光体２４の入射面Ｇ２、出射面Ｇ３、プロジェクタレンズ２１の入射面Ｇ４、および出射面Ｇ５を示す。また、ＬＥＤコリメータ２３の出射面Ｇ１からの出射光であって、導光体２４の入射面Ｇ２への入射光である光６０１と、導光体２４の出射面Ｇ３からの出射光であって、プロジェクタレンズ２１の入射面Ｇ４への入射光である光６０２と、プロジェクタレンズ２１の出射面Ｇ５からの出射光である光６０３とを示す。光６０３は、ハイビーム用光束２５で構成されるハイビームである。

［ハイビームヘッドライト（２）］
図７は、図６のハイビームヘッドライト２０および光路を側方（Ｘ方向）からみた場合に対応する、光軸の位置での鉛直断面（Ｙ－Ｚ面）の構成を示す。ハイビームヘッドライト２０の主要な構成要素であるＬＥＤ基板３２、ＬＥＤ２２、ＬＥＤコリメータ２３、導光体２４、およびプロジェクタレンズ２１は、Ｙ方向の厚さＴ１の範囲内に収まっている。図７のハイビームヘッドライト２０側の厚さＴ１は、図５のロービームヘッドライト１０側の厚さＴ１と同じである。

図６および図７で、ＬＥＤコリメータ２３の出射面Ｇ１からの全ての光束は、導光体２４の入射面Ｇ２に入射する。導光体２４の出射面Ｇ３からの殆どの光束は、プロジェクタレンズ２１の入射面Ｇ４に入射する。ＬＥＤコリメータ２３の出射面Ｇ１からの光束は、Ｘ方向およびＹ方向で光軸に向けてある程度絞り込まれた光束として導光体２４の入射面Ｇ２に入射する。図７で、導光体２４の出射面Ｇ３からの光束は、Ｙ方向で上下に反転した像としてプロジェクタレンズ２１の入射面Ｇ４に入射する。プロジェクタレンズ２１の出射面Ｇ５からの光束は、概略的に光軸の方向（Ｚ方向）に沿った平行光であるハイビーム用光束２５となる。

［ロービーム用光源集光光学系（１）］
図８は、ロービームヘッドライト１０におけるロービーム用光源集光光学系であるＬＥＤコリメータ１３の構成の斜視図を示す。ＬＥＤコリメータ１３は、機能の概要としては、ＬＥＤ１２からの光を集光して、車両２の路面（対応するＺ方向）に対し概略的に平行な光に変換する機能を有する。ＬＥＤコリメータ１３の出射光は、詳細には、図４および図５のように、導光体１４の入射面Ｆ２へある程度絞り込まれるように集光される光である。

ＬＥＤコリメータ１３は、入射側素子部１３１、出射側素子部１３２、取り付け部１３３を有する。取り付け部１３３は、ＬＥＤ基板３２のＬＥＤ１２（図４）に対してＬＥＤコリメータ１３を位置合わせして、ＬＥＤ基板３２の主面に固定するように取り付けるための部分である。取り付け部１３３は、例えば、ねじ穴を持ち、Ｘ方向で入射側素子部１３１および出射側素子部１３２の両隣に設けられている。

入射側素子部１３１は、概略的に錐体の形状を有する（詳しくは後述の図１０）。入射側素子部１３１は、図４等に示したように、ＬＥＤ１２の光軸上でＬＥＤ１２の発光面に対向するように配置されている。

出射側素子部１３２は、入射側素子部１３１の錐体の底面を包含する領域に配置されている屈折素子部１３２Ａと、光軸に対応する中央部に配置されている屈折素子部１３２Ｂとを有する。屈折素子部１３２Ａの中央部に屈折素子部１３２Ｂが一体として形成されている。出射側素子部１３２は、一体成形によるレンズ構造体として構成できる。

中央の屈折素子部１３２Ｂは、光軸の付近の中央部の配光を強くするために、図４および図５にも示すように、Ｚ方向の前側に凸形状を持つ凸レンズとして構成されている。

外周側の屈折素子部１３２Ａは、シリンダー形状を有し、図４および図５にも示すように、Ｚ方向の前側に凹形状を持つ凹レンズ（言い換えるとシリンドリカルレンズ）として構成されている。このシリンダー形状は、Ｘ方向では曲線（異なる曲率）を持ち、Ｙ方向では直線を持つ、１次元曲面に対応する円柱面形状である。

ＬＥＤコリメータ１３の出射側素子部１３２からの出射光（光４０１）の光束は、図４および図５にも示すように、Ｙ方向での絞り込みの方がＸ方向での絞り込みよりも強い、所定の配光を有する。これにより、ＬＥＤコリメータ１３からの出射光による導光体１４への入射光の光束は、入射面Ｆ２の位置で、横（Ｘ方向）に長い楕円形状となる（後述の図１１の領域１１０１）。この配光の設計では、ＬＥＤコリメータ１３の出射光の光束に対し、導光体１４の入射光の光束が、より狭い領域に絞り込まれている。

［ハイビーム用光源集光光学系（１）］
図９は、ハイビームヘッドライト２０におけるハイビーム用光源集光光学系であるＬＥＤコリメータ２３の構成の斜視図を示す。ＬＥＤコリメータ２３は、機能の概要としては、ＬＥＤ２２からの光を集光して、図６および図７のように導光体２４に対しＹ方向で光軸へ向けてある程度絞り込まれるように集光される光に変換する機能を有する。

ＬＥＤコリメータ２３は、入射側素子部２３１、出射側素子部２３２、取り付け部２３３を有する。取り付け部２３３は、取り付け部１３３と同様に、ＬＥＤ基板３２のＬＥＤ２２（図６）に対してＬＥＤコリメータ２３を位置合わせして、ＬＥＤ基板３２の主面に固定するように取り付けるための部分である。

入射側素子部２３１は、同様に、概略的に錐体の形状を有する。入射側素子部２３１は、図６等に示したように、ＬＥＤ２２の光軸上でＬＥＤ２２の発光面に対向するように配置されている。

出射側素子部２３２は、入射側素子部２３１の錐体の底面を包含する領域に配置されている屈折素子部２３２Ａと、光軸に対応する中央部に配置されている屈折素子部２３２Ｂとを有する。屈折素子部２３２Ａの中央部に屈折素子部２３２Ｂが一体として形成されている。出射側素子部２３２は、一体成形によるレンズ構造体として構成できる。

中央の屈折素子部２３２Ｂは、光軸の付近の中央部の配光を強くするために、図６および図７にも示すように、Ｚ方向の前側に凸形状を持つ凸レンズとして構成されている。

外周側の屈折素子部２３２Ａは、概略的に平面形状を有し、図６および図７にも示すように、平レンズとして構成されている。

ＬＥＤコリメータ２３の出射側素子部２３２からの出射光（光６０１）の光束は、図６および図７にも示すように、Ｙ方向での絞り込みの方がＸ方向での絞り込みよりも強い、所定の配光を有する。これにより、ＬＥＤコリメータ２３からの出射光による導光体２４への入射光の光束は、入射面Ｇ２の位置で、横（Ｘ方向）に長い楕円形状となる（後述の図１６の領域１６０１）。この配光の設計では、ＬＥＤコリメータ２３の出射光の光束に対し、導光体２４の入射光の光束が、より狭い領域に絞り込まれている。

［ロービーム用光源集光光学系（２）］
図１０は、図８のＬＥＤコリメータ１３の水平断面（Ｘ－Ｚ面）および光路を示す。入射側素子部１３１は、詳しくは、入射側の凹部１３５および屈折素子部１３４と、側面反射部１３６とを有する。凹部１３５および屈折素子部１３４は、ＬＥＤ１２の光軸上、ＬＥＤ１２の発光面に対向するように配置されている。ＬＥＤ１２の発光面の位置に、凹部１３５の開口面が配置されている。凹部１３５の底面に、屈折素子部１３４が形成されている。屈折素子部１３４は、入射側に凸形状を持つ凸レンズとして構成されている。

側面反射部１３６は、概略放物線の断面を光軸の周りに回転して得られる放物面を有する。側面反射部１３６の内側の放物面では、光が全反射される。ＬＥＤ１２の発光面からの発光は、光軸を中心としてその周りの各方向に出射される配光を有する。側面反射部１３６の放物面は、それらの光の全反射が可能な角度の範囲内で設計されている。

ＬＥＤ１２の発光のうちの一部の光は、凹部１３５内の屈折素子部１３４に入射して屈折作用を受けて、概略的に平行光となって出射素子部１３２の特に中央の屈折素子部１３２Ｂに向かう。その光は、屈折素子部１３２Ｂを透過して屈折作用を受けて、光軸に向けてある程度絞り込まれる光束として出射される。

ＬＥＤ１２の発光のうちの他の一部の光は、凹部１３５の側面を透過して、側面反射部１３６に進み、その放物面で全反射されて、出射素子部１３２に向かう。その際、放物面での全反射によって、光がＸ方向およびＹ方向で光軸に向けて絞り込まれる。その光は、特に外周の屈折素子部１３２Ａを透過して屈折作用を受けて、図４のようにＸ方向では概略的に平行な光束、図５のようにＹ方向では光軸に向けて絞り込まれる光束として出射される。

ハイビーム側のＬＥＤコリメータ２３は、入射側の構成についてはロービーム側のＬＥＤコリメータ１３の構成と同様である。

ＬＥＤコリメータ１３，２３は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）やシリコーン等の可視光透過性および耐熱性を持つ樹脂材料を用いて、一般的な成形加工方法によって製造可能である。

上記のように、実施の形態では、ＬＥＤコリメータ１３，２３によってＬＥＤ１２，２２からの発光を効率的に取り出して利用することができる。なお、実施の形態のヘッドライト装置１は、列毎に独立した複数のＬＥＤコリメータ１３，２３を用いた構成としたが、このような構成に限らず可能である。複数のＬＥＤコリメータ１３を１つの構造体に統合した構成や、複数のＬＥＤコリメータ２３を１つの構造体に統合した構成も可能である。ＬＥＤコリメータ１３，２３からの出射光の配光分布の構成は、上記構成に限らず可能である。

［ロービーム用配光制御導光体（１）］
図１１～図１５を用いて、ロービームヘッドライト１０におけるロービーム用配光制御導光体である導光体１４の構成について説明する。図１１は、ロービーム用配光制御導光体である導光体１４の構成の斜視図を示す。図１１では、Ｚ方向の後側（ＬＥＤコリメータ１３側）から入射面Ｆ２をみた場合の斜視図を示す。図１２は、図１１の導光体１４に関する、Ｚ方向の前側（プロジェクタレンズ１１側）から出射面Ｆ３をみた場合の斜視図を示す。図１３は、導光体１４をＹ方向の上方から平面視した場合の上面図（Ｘ－Ｚ面）を示す。図１４は、導光体１４の光軸位置での水平断面および光線の例を示す。図１５は、導光体１４の鉛直断面（Ｙ－Ｚ面）で、全反射の構成について示す。

図１１で、導光体１４は、入射部１４１、出射部１４２、全反射部１４３、取り付け部１４９等を有する。また、本例では、導光体１４は、大別して、第１導光体部１４Ｆと、第２導光体部１４Ｅとで構成されている。基準線Ｃ１に対し、Ｚ方向の後側に第１導光体部１４Ｆを有し、Ｚ方向の前側に第２導光体部１４Ｅを有する。第１導光体部１４Ｆおよび第２導光体部１４Ｅは、射出成形によって導光体１４を製造する場合の部材の構成例に対応する。各部材の形状および屈折率の設計によって、導光体１４の内部には、図１５のように複数の全反射面が構成されている。それぞれの全反射面は、導光体１４の部材（後述の樹脂）と外側の空気との屈折率の差によってそれらの境界に構成されている。

図１１で、導光体１４は、Ｘ方向の光軸の付近において、Ｚ方向の後側に入射部１４１を有し、入射部１４１に対しＸ方向の左右の両側に、それぞれの全反射部１４３を有する。左右の全反射部１４３は、さらに、Ｙ方向で上下の位置に、それぞれの全反射部１４３を有する。左右の全反射部１４３に対し、さらに外側の両端には、取り付け部１３９を有する。取り付け部１４９は、図３のように、Ｘ方向で隣に配置される他の導光体１４または導光体２４、およびヘッドライトケース３０との、位置合わせおよび固定のための部品であり、例えばねじ穴を持つ。

入射部１４１は、一点鎖線で示す光軸の付近に、入射面Ｆ２を有する。入射面Ｆ２はＸ方向では概略的に平面形状（図１４）であり、Ｙ方向では曲面形状（図１５）である。

入射面Ｆ２において、領域１１０１は、入射光（光４０１）が入射される横に長い楕円形状を持つ領域である。領域１１０１のように、導光体１４の入射面Ｆ２への入射光（光４０１）の光束は、相対的に横（Ｘ方向）に長い楕円形状の配光を有する。この配光は、ロービームの配光分布特性として横に広い特性（後述の図２０の（Ａ））とするために、そのように設計されている。

［ロービーム用配光制御導光体（２）］
図１２で、導光体１４は、Ｙ方向での上部（基準線Ｃ２および第２導光体部１４Ｅよりも上側の部分）において、Ｘ方向の中央および左右を含む横に長い領域に、出射部１４２を有する。出射部１４２は、その領域に出射面Ｆ３を有する。出射面Ｆ３は、図１３にも示すように、入射部１４１の反対側にあるＸ方向の中央の領域（第１出射面とする）ではＸ方向に平行な平面を持ち、左右の領域（第２出射面、第３出射面とする）では光軸の方に向いた斜めの平面を持つ。

出射面Ｆ３および基準線Ｃ２に対しＹ方向の下側には、Ｚ方向の前側に出る形状で、第２導光体部１４Ｅを有する。第２導光体部１４Ｅは、全反射部１４３を有し、特に、第１全反射面（カットオフ面１４３Ｃ）、第２全反射面、第３全反射面が形成されている（図１５の全反射面ｆ１～ｆ３）。第１導光体部１４Ｆは、入射面Ｆ２および出射面Ｆ３を含み、全反射部１４３では、特に、第４全反射面および第５全反射面が形成されている（図１５の全反射面ｆ４，ｆ５）。なお、第２導光体部１４Ｅは、より詳しくは、射出成形による部位として、Ｘ方向で左右の２つの部位から構成されている。

出射面Ｆ３において、中央の領域（第１出射面）内には、出射光に関する領域（第１出射領域）１２０１を有する。この領域１２０１は、横（Ｘ方向）に長い楕円のうち基準線Ｃ２から下側の領域がカットされた半楕円形状、言い換えると上側に弧、下側に弦を持つ半楕円形状を有する。この領域１２０１は、主に、入射面Ｆ２の入射光のうちの全反射を経由しない第１光が出射される領域である。

また、出射面Ｆ３において、中央の領域（第１出射面）に対し、Ｘ方向の右側の領域（第２出射面）には、出射光に関する領域（第２出射領域）１２０２を有し、左側の領域（第３出射面）には、出射光に関する領域（第３出射領域）１２０３を有する。この領域１２０２，１２０３は、同様に、下側の領域がカットされた半楕円形状を有する。これらの領域１２０２，１２０３は、主に、入射面Ｆ２の入射光のうちの、全反射を経由する第２光が出射される領域である。第２光は、導光体１４内部の複数の全反射面での複数回の全反射を経由して、再利用されるようにして、これらの領域１２０２，１２０３から出射される。第２光は、中央の領域に入射した光であっても、複数回の全反射に伴って、Ｘ方向の外側へ進む光に変換されている（図１４）。

また、図１２で、領域１２０１からの出射光に対応するロービーム用光束１５ａや、領域１２０２，１２０３からの出射光に対応するロービーム用光束１５ｂを示す。ロービーム用光束１５ｄは、ロービーム用光束１５ａおよびロービーム用光束１５ｂを合わせた、導光体１４の出射面Ｆ３からの総合的な出射光（光４０２）に対応し、Ｘ方向に広い配光となっている。

出射部１４２の出射面Ｆ２（領域１２０１，１２０２，１２０３を含む）に隣接して、Ｙ方向の下側に、斜面として、カットオフ面１４３Ｃが形成されている。カットオフ面１４３Ｃは、ロービームのカットオフラインを形成するための構成要素である。入射光のうち、出射面Ｆ２の方に進んだ第１光は、そのまま、全反射を経由せずに、出射面Ｆ２（領域１２０１，１２０２，１２０３）から出射され、ロービーム用光束１５ａとなる。入射光のうち、出射面Ｆ２ではなくカットオフ面１４３Ｃ（第１全反射面）の方に進んだ第２光は、カットオフ面１４３Ｃで１回目の全反射がされて、第２全反射面の方へ進む。その後、第２光は、導光体１４内部の複数の各々の全反射面（第２全反射面～第５全反射面）での全反射を繰り返すことで、Ｙ方向の上側にある出射面Ｆ２に到達し、出射面Ｆ２（領域１２０１，１２０２，１２０３）から出射される。

［ロービーム用配光制御導光体（３）］
図１３では、図１２等に対応する上面図（Ｘ－Ｚ面）で、各全反射部１４３の全反射面が、光軸の方を向く斜面として形成されていることを示す。導光体１４は、図１４にも示すように、第２光の全反射に伴い、入射面Ｆ２での入射の位置に対し、出射面Ｆ３での出射の位置が、Ｘ方向での外側にずれるように、複数の全反射部１４３の複数の全反射面が設計されている。具体的には、図１３のように、カットオフ面１４３Ｃ（第１全反射面）を含む複数の全反射面は、出射面Ｆ３の中央の平面（第１出射面）に対し、光軸を対称軸として、１０°～１５°程度の角度θ１で曲がった関係で配置されている。その結果、出射面Ｆ３の下側の第２導光体部１４Ｅの全反射部１４３（カットオフ面１４３Ｃ等）における、Ｘ－Ｚ面でみた場合の左右の開閉の角度θａは、１５０°～１６０°程度になっている。これにより、入射光を全反射によって再利用しながら、Ｘ方向に広いロービーム用光束１５ｄが実現されている。

［ロービーム用配光制御導光体（４）］
図１４で、入射部１４１の入射面Ｆ２への入射光のうちの第２光、例えば光線Ｌ４１は、導光体１４内部の複数の全反射面での複数回の全反射（破線および点で示す）によって、Ｘ方向の外側（例えば右側）へ移動してゆき、光線Ｌ４２となる。光線Ｌ４２は、ロービーム用光束１５ｂの一部として、出射部１４２の出射面Ｆ３（特に図１２の右側の領域１２０２）からＺ方向の前方へ出射される。

［ロービーム用配光制御導光体（５）］
図１５では、導光体１４における光軸位置に対応する第１全反射面（カットオフ面１４３Ｃ）での鉛直断面を示している。図１５のように、導光体１４は、内部に複数の全反射面を含んだ多面体形状を有する。実施の形態では、導光体１４は、複数の全反射面として、５個の全反射面ｆ１～ｆ５を有する。

入射部１４１の入射面Ｆ２は、曲率半径ｒ１の曲面を持つ、外側に凸型のシリンダー形状を有する。曲率半径ｒ１は、約７．５ｍｍである。なお、入射面Ｆ２の入射光のうちの第１光、例えば光線Ｌ１０は、図示のように、全反射面ｆ１～ｆ５を経由せずに、そのまま出射面Ｆ２から出射される。

入射面Ｆ２に対し、隣接して、Ｙ方向の上側にある全反射部１４３には、第５全反射面である全反射面ｆ５を有する。全反射面ｆ５に対し、Ｚ方向の前側には、出射部１４２の出射面Ｆ３を有する。出射部１４２の出射面Ｆ３は、Ｘ－Ｙ面での平面（第１出射面）を有し、その出射面Ｆ３に対し、Ｙ方向の下側にある全反射部１４３には、第１全反射面である全反射面ｆ１としてのカットオフ面１４３Ｃを有する。全反射面ｆ１に対し、隣接して、Ｙ方向の下側にある全反射部１４３には、第２全反射面である全反射面ｆ２を有する。全反射面ｆ２に対し、隣接して、Ｚ方向の後側およびＹ方向の上側にある全反射部１４３には、第３全反射面である全反射面ｆ３を有する。全反射面ｆ３に対し、隣接して、Ｙ方向の上側には、入射面Ｆ２を有する。

光線Ｌ１は、入射面Ｆ２の入射光のうちの第２光の例を示す。光線Ｌ１は、まず、カットオフ面１４３Ｃ（全反射面ｆ１）の点ｐ１に入射する。角度γは、その際の入射角を示す。線Ｖは、カットオフ面１４３Ｃの点ｐ１の法線を示す。光線Ｌ１は、カットオフ面１４３Ｃの点ｐ１で全反射されて、光線Ｌ２となる。光線Ｌ２は、次に、全反射面ｆ２（第２全反射面）の点ｐ２に入射し、全反射されて、光線Ｌ３となる。光線Ｌ３は、次に、全反射面ｆ３（第３全反射面）の点ｐ３に入射し、全反射されて、光線Ｌ４となる。光線Ｌ４は、次に、全反射面ｆ４（第４全反射面）の点ｐ４に入射し、全反射されて、光線Ｌ５となる。光線Ｌ５は、次に、全反射面ｆ５（第５全反射面）の点ｐ５に入射し、全反射されて、光線Ｌ６となる。光線Ｌ６は、出射面Ｆ３から出射される。なお、点ｐ２～ｐ５および対応する全反射面は、Ｘ方向の位置が異なる他の断面に存在する。

各々の全反射面ｆ１～ｆ５は、それぞれ、曲率半径Ｒ１～Ｒ５の曲面を持つ、外側に凸型のシリンダー形状を有する。それぞれの曲率半径Ｒ１～Ｒ５は、１５～３０ｍｍが好適である。なお、変形例としては、全反射面を平面で構成してもよい。導光体１４の複数の各々の全反射面（全反射面ｆ１～ｆ５）の相対角度は、入射光のうち全反射面によってカットされた光が、それらの全反射面を通じた複数回の全反射によって、出射面Ｆ３から効率良く出射されるように、調整して設計されている。また、変形例としては、全反射面の一部に反射膜を形成してもよい。特に、全反射面ｆ５は、１回の反射により光線を出射面Ｆ３に対してほぼ平行になるように反射させる必要があるので、光束の入射角が臨界角に近くなる。よって、全反射面ｆ５は、取付角等の誤差を考えると、反射膜を形成した方が有意な場合がある。

図１５では、特に、第１全反射面であるカットオフ面１４３に関する角度βについて示す。角度βは、光軸（Ｚ方向）に対する角度である。カットオフ面１４３Ｃにおいて、全反射の臨界角θｃを示す。線Ｃは、線Ｖからの臨界角θｃを構成する線である。臨界角θｃは、導光体１４の部材の屈折率に応じて求められる角度である。カットオフ面１４３Ｃの角度βは、臨界角θｃに対し、ロービーム用光束１５ｂの光線（例えば光線Ｌ１）の入射角γが、所定の角度αで大きくなるように設定されている（γ＝θｃ＋α）。この角度αは３°以上である。

上記の角度の条件を満たす導光体１４の構成によって、カットオフ面１４３Ｃから漏れ出す光は０になり、すなわちカットオフ面１４３Ｃでの反射は全反射となる。これにより、ロービームのための良好なカットオフラインが形成できる。

［ロービーム用配光制御導光体（６）］
導光体１４を安価に形成するために、製造方法および構成材料としては、透明樹脂を用いた射出成形が好適である。導光体１４は、透明樹脂を用いた射出成形によって形成できる。透明樹脂としては、例えば、アクリル樹脂（特にＰＭＭＡ：ポリメチルメタクリレート）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィン樹脂等が好適である。実施の形態では、透明樹脂として例えばＰＭＭＡを用いて導光体１４が形成される。その場合、ＰＭＭＡの可視光における屈折率１．４９から求められる臨界角を臨界角θｃとし、ＰＭＭＡの屈折率をｎとすると、Ｓｉｎθｃ＝１／ｎという関係がある。よって、臨界角θｃは、約４２°となる。この臨界角θｃに基づいて、カットオフ面１４３Ｃの角度βが設定される。

導光体１４への入射光は、前述のように、ＬＥＤコリメータ１３を通じてある程度絞り込みがされている。入射光のうちの第２光に対応する光線は、光線Ｌ１の例のように、カットオフ面１４３Ｃに対し、斜めに入射する。この光線が、カットオフ面１４３Ｃの臨界角θｃよりも所定の角度α（例えば３°）以上大きくなるという条件を満たすように、複数の全反射面を含む形状が設計されている。

また、この条件を満たしつつ、入射光の光線の方向（対応する角度）を、導光体１４の複数の全反射面での複数回の全反射によって、出射面Ｆ２からの正面の方向（Ｚ方向の前側）に変換する必要がある。そのためには、導光体１４の複数の全反射面の構成として、少なくとも５回の全反射を用いる必要がある。なお、４回の全反射の場合、臨界角の条件から、好適な配光が実現できない。また、全反射の回数を６回、７回といったように多くする構成も可能であるが、その場合、導光体１４の厚さを含むサイズが大きくなってしまう。

また、総合的に出射面Ｆ３から出射される光束の形状は、図１２のように、上側に弧を持つ半楕円形状に揃っていることが望ましい。これは、ロービームのカットオフラインとの親和性からであり、すなわち最終的なロービームの配光分布特性として後述の図２０の（Ａ）のような上側に弦、下側に弧を持つ形状にするためである。入射光のうち、カットオフ面１４３Ｃ（第１反射面）に入射する第２光は、下側に弧を持つ半楕円形状となる。全反射によって、第２光の光学像は、Ｙ方向で上下に反転される。第２光の光束が、出射面Ｆ２から出射される際に、上側に弧を持つ半楕円形状となるためには、条件として、全反射の回数を奇数とする。なお、全反射の回数を偶数とした場合、第２光の光学像が、出射面Ｆ３では、下側に弧を持つ半楕円形状となってしまい、第１光の上側に弧を持つ半楕円形状とは異なってしまう。

上記の各条件を考慮して、ロービーム用配光制御導光体での全反射の回数を５回とすることが最適である。対応して、実施の形態のヘッドライト装置１では、導光体１４は、５回の全反射のための５個の全反射面ｆ１～ｆ５を有する。これにより、導光体１４は、なるべく小さい厚さで、なおかつ、ロービームに好適な出射光の配光分布を実現する。

［ハイビーム用配光制御導光体（１）］
図１６～図１９を用いて、ハイビームヘッドライト２０におけるハイビーム用配光制御導光体である導光体２４について説明する。図１６は、導光体２４の構成の斜視図を示す。図１６では、Ｚ方向で後側（ＬＥＤコリメータ２３側）から導光体２４の入射部の入射面Ｇ２をみた場合の斜視図を示す。図１７では、Ｚ方向で前側（プロジェクタレンズ２１側）から導光体２４の出射部の出射面Ｇ３をみた場合の斜視図を示す。図１８は、導光体２４の光軸位置での鉛直断面（Ｙ－Ｚ面）を示す。図１９は、導光体２４の入射面Ｇ２および出射面Ｇ３に関してＺ方向で平面視したＸ－Ｙ面の平面構成を示す。なお、図１６および図１７では、１つの導光体２４に対し、１つのＬＥＤコリメータ２３からの光束を示すが、図３および図１９のように、実装例では、１つの導光体２４に対し、２つのＬＥＤコリメータ２３からの２つの光束を有する。

図１６で、導光体２４は、入射部２４１、出射部２４２、取り付け部２４９等を有する。取り付け部２４９は、ヘッドライトケース３０への位置合わせおよび取り付けのための部分である。

入射部２４１は、Ｘ方向に長く延在している入射面Ｇ２を有する。入射面Ｇ２は、入射側に凸型のシリンダー形状を有し、Ｙ方向の位置に応じて曲率が異なる曲面を持つ。この入射面Ｇ２は、Ｙ方向で上下非対称形状を有する。入射面Ｇ２は、破線で示す、光軸位置に対応するＸ方向に延在する基準線Ｃ３に対し、上側の部分と下側の部分とで非対称形状である。具体的には、基準線Ｃ３に対し、上側の部分の方が下側の部分よりも、曲率が大きい曲面を有する。

入射面Ｇ２で、光軸位置に、ＬＥＤコリメータ２３からの入射光（光６０１）の光束の領域１６０１を示す。領域１６０１は、図６および図７のようにＬＥＤコリメータ２３からの集光の配光に応じた、やや横（Ｘ方向）に長い楕円形状を有する。

図１７で、導光体２４の出射部２４２は、Ｘ方向に長く延在している出射面Ｇ３を有する。出射面Ｇ３は、Ｘ－Ｙ面での平面形状を有する。出射面Ｇ３で、光軸位置に、出射光の光束の領域１６０２を示す。領域１６０１の楕円形状に対し、領域１６０２の楕円形状は、光軸位置に対応するＸ方向に延在する基準線Ｃ４に対し、上側の部分が下側の部分よりも狭められた形状となっている。

［ハイビーム用配光制御導光体（２）］
図１８で、導光体２４の入射部２４１における入射面Ｇ２のシリンダー形状を示す。このシリンダー形状は、光軸（一点鎖線）に対し、Ｙ方向で上側の領域では、曲率半径Ｒ２１が例えば２～５ｍｍであり、下側の領域では、曲率半径Ｒ２２が例えば５～２０ｍｍである。上側の領域の曲率半径Ｒ２１の方が下側の領域の曲率半径Ｒ２２よりも小さい（Ｒ２１＜Ｒ２２）。ＬＥＤコリメータ２３からの入射光（光６０１）は、例えば入射面Ｇ２の上側の領域に入射する光線の方が、下側の領域に入射する光線よりも、大きく屈折する。例えば、上側の光線Ｌ６１は、光線Ｌ６２となって出射される。下側の光線Ｌ６３は、光線Ｌ６４となって出射される。これに対応して、出射部２４２の出射面Ｇ３では、出射光（光６０２）に対応するハイビーム用光束の領域は、Ｙ方向で上下非対称形状となる。

図１９で、（Ａ）は、入射面Ｇ２での入射光の光束の領域１６０１を示し、（Ｂ）は、対応して、出射面Ｇ３での出射光の光束の領域１６０２を示す。なお、図１９では、１つの導光体２４に対し、２つのＬＥＤコリメータ２３からの２つの入射光の光束が生じている様子を示す。

（Ａ）で、入射面Ｇ２において、光軸位置に対応するＸ方向に延在する基準線Ｃ３に対し、上側の領域１９０１と下側の領域１９０２とを有する。上側の領域１９０１の方が下側の領域１９０２よりも曲率が大きい。入射光の領域１６０１は、基準線Ｃ３に対し、上側の領域１９０１に入っている上側の部分（ドットパターンで示す）と、下側の領域１９０２に入っている下側の部分（斜線パターンで示す）とを有する。上側の部分は、上側に弧を持つ半楕円形状を有し、下側の部分は、下側に弧を持つ半楕円形状を有する。

（Ｂ）で、出射面Ｇ２において、同様に、基準線Ｃ４に対し、出射光の光束の領域１６０２を示す。この領域１６０２は、上側の領域１９０３に入っている上側の部分（ドットパターンで示す）と、下側の領域１９０４に入っている下側の部分（斜線パターンで示す）とを有する。上側の部分および下側の部分は、（Ａ）と同様に、それぞれ、半楕円形状を有する。出射光の領域１６０１における上側の部分は、導光体２４を透過して屈折されることで、（Ａ）の上側の部分よりも、Ｙ方向の長さが狭められた形状となっている。

なお、ハイビーム側の導光体２４の形状は、上記のように入射部２４１の入射面Ｇ２で上下非対称形状を持つ構成に限らず可能である。光軸上、入射面Ｇ２から出射面Ｇ３までの範囲内における所定の位置で、同様に、上下非対称形状を持つ構成としてもよい。

［配光分布特性］
図２０の（Ａ）は、ロービームヘッドライト１０によるロービームの配光分布特性を示す。このロービームは、図４等のプロジェクタレンズ１１の出射光４０３、ロービーム用光束１５ｃと対応する。図２０のグラフで、横軸は水平方向（Ｘ方向）の角度［deg.（°）］、縦軸は鉛直方向（Ｙ方向）の角度［deg.（°）］を示す。図２０では、図１の車両２の右側のヘッドライト装置１ａの場合で、Ｚ方向の前側（すなわち無限遠点側）から後側（すなわち車両側）を見た場合の配光分布を示す。

（Ａ）で、横軸の直線は、ロービームのカットオフラインＣＬに相当する。図示のように、このロービームの配光分布では、カットオフラインＣＬに対し、概ね鉛直方向（Ｙ方向）の下側に配光分布を有する。本例では、Ｙ方向では約０度から－１２度までの範囲に分布を有する。さらに、この配光分布では、その下側の領域では、水平方向（Ｘ方向）の左右に広い配光分布を有する。本例では、Ｘ方向では約－５０度から＋５０度までの範囲に分布を有する。すなわち、ロービームは、ハイビームよりもＸ方向に広い照明となっている。これにより、ヘッドライト装置１は、ロービームとして、車両２の前方の左右を含む広い範囲を照明することができる。

なお、Ｘ方向の左側の領域では、右側の領域よりも、カットオフラインＣＬに対し、上側に少し広いように配光分布を有する。この配光分布は、右側のヘッドライト装置１ａであることに対応した好適な配光分布として、対向車（図示の右側）よりも路側帯（図示の左側）をより照明できるように、左右非対称形状として設計されている。

図２０の（Ｂ）は、同様に、ハイビームヘッドライト２０のハイビームの配光分布特性を示す。図示のように、このハイビームの配光分布では、基準となる横軸の直線（カットオフラインＣＬと対応している）に対し、Ｙ方向の上側の領域の方が下側の領域よりも広い配光分布を有する。本例では、Ｙ方向では、約－５度から＋１０度までの範囲の分布を有し、Ｘ方向では、約－２０度から＋２０度までの範囲の分布を有する。このハイビームは、ロービームよりも中央に集中した配光分布となっている。図１９の（Ｂ）の導光体２４の出射光の光束の領域１６０２は、下側に広い形状であるが、光路上の上下反転の作用を通じて、図２０の（Ｂ）のように、上側に広い形状の配光分布となる。このように、ハイビームは、中央に強い配光を持つ好適な配光となっている。

また、実施の形態のヘッドライト装置１では、ハイビームの照明時には、前述のように、（Ａ）のロービームと（Ｂ）のハイビームとの両方が点灯（オン）されるように制御される。そのため、（Ｂ）のハイビームの配光分布では、基準となる横軸の直線（カットオフラインＣＬと対応している）に対し、下側の領域よりも上側の領域で広い形状となるように設計されている。ハイビームにおける下側の領域については、ロービームの光で補うことができるため、このように相対的に上側に広い配光分布として設計されている。このように、実施の形態のヘッドライト装置１では、ロービームとハイビームとの合成および組み合わせにおいて、好適な配光分布が実現されている。

［効果等］
実施の形態のヘッドライト装置によれば、ロービームおよびハイビームを出射する機構を備える場合に、薄型と共に光利用効率の向上を実現でき、また、ロービームおよびハイビームに要求される好適な配光特性を実現できる。実施の形態のヘッドライト装置１では、固体光源として従来の光源素子よりも薄型を実現しやすいＬＥＤ素子（ＬＥＤ１２，２２）を用いている。そして、ヘッドライト装置１では、そのＬＥＤ素子に合わせた光源集光光学系（ＬＥＤコリメータ１３，２３）を用いている。ヘッドライト装置１は、そのＬＥＤおよびＬＥＤコリメータの構成に合わせて、薄型を実現できるように工夫した導光体（導光体１４，２４）を備えている。

ロービームヘッドライト１０側において、この導光体１４は、ロービームのカットオフラインを形成するために、入射面Ｆ２および出射面Ｆ３を除いた部分に複数の全反射面が構成されている。言い換えると、この導光体１４自体に、カットオフライン形成機能を有する。ヘッドライト装置１では、この導光体１４を用いることで、遮光部材であるシェード等を設けることは不要であり、すなわち、そのシェード等の具備のためのスペースやコストが不要である。

実施の形態のヘッドライト装置１は、ＬＥＤ、ＬＥＤコリメータ、導光体、およびプロジェクタレンズを光軸方向に沿って配置し、図５の厚さＴ１のように、装置全体での薄型を実現できる。薄型のヘッドライトを実現できるので、例えば車両の外観デザイン（意匠）の自由度を高めること等に貢献できる。また、それと共に、ヘッドライト装置１は、ロービームヘッドライト１０側で、導光体１４での全反射の構造によって、ＬＥＤ１２からの光を漏らさずに再利用して、効率的な配光分布を実現する。ＬＥＤ１２からの光エネルギーの１００％のうち、多くの成分（例えば６０％以上）を、ロービームとして利用することができ、従来よりも光利用効率を高めることができる。

また、実施の形態のヘッドライト装置１では、図１５で示したように、全反射の臨界角に関する条件を満たす導光体１４の構造とすることで、ロービームのカットオフラインを図２０の（Ａ）のように好適な直線的な形状とすることができる。ロービームの配光分布において、カットオフラインから上側に無駄に漏れ出ることを避けることができ、好適な配光分布を実現できる。

また、実施の形態のヘッドライト装置１では、ハイビームヘッドライト２０側において、ハイビームの好適な配光分布を実現できる。図１６等で示したように、導光体２４は、特に、入射面Ｇ２側で上下非対称形状のシリンダー形状とした。これにより、薄型とともに、ハイビームの好適な配光分布を実現できる。また、実施の形態のヘッドライト装置１は、ハイビームヘッドライト２０とロービームヘッドライト１０との組み合わせの構成において、薄型と共に、好適なビームを実現できる。

他の実施の形態のヘッドライト装置として以下も可能である。上記実施の形態のヘッドライト装置１は、ロービーム出射機構であるロービームヘッドライト１０とハイビーム出射機構であるハイビームヘッドライト２０とが独立で構成され、それらがＸ方向で並列に配置されている。他の実施の形態のヘッドライト装置は、ロービームヘッドライト１０のみを備える構成、あるいは、ハイビームヘッドライト２０のみを備える構成とすることができる。また、ヘッドライト装置のＹ方向の厚さを大きくしてＸ方向の幅を小さくする場合には、Ｙ方向でロービームヘッドライト１０およびハイビームヘッドライト２０を重ねて配置する構成も可能である。

他の実施の形態のヘッドライト装置としては、上述した導光体等の構成要素の他に、光路上に、偏光変換素子や配光制御素子、他のレンズやミラー等の光学素子を追加した構成としてもよい。

以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。実施の形態の構成に対し、構成の追加、削除、置換等が可能である。

１，１ａ…ヘッドライト装置、１０…ロービームヘッドライト、２０…ハイビームヘッドライト、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…ロービーム部、２０ａ，２０ｂ…ハイビーム部、１１，２１…プロジェクタレンズ、１２，２２…ＬＥＤ、１３，３２…ＬＥＤコリメータ、１４，２４…導光体、３２…ＬＥＤ基板、Ｆ１，Ｆ３，Ｆ５…出射面、Ｆ２，Ｆ４…入射面。

Claims (15)

1. 車両に搭載されるヘッドライト装置であって、
   ロービームを出射するロービームヘッドライトを備え、
   前記ロービームヘッドライトは、
   ロービーム用固体光源と、
   前記ロービーム用固体光源の光軸上に配置され前記ロービーム用固体光源からの発光を集光するロービーム用光源集光光学系と、
   前記光軸上に配置され前記ロービーム用光源集光光学系からの光を入射し配光制御して出射するロービーム用配光制御導光体と、
   前記光軸上に配置され前記ロービーム用配光制御導光体からの光を入射して投射するロービーム用プロジェクタレンズと、を有し、
   前記ロービーム用配光制御導光体は、
   前記ロービーム用光源集光光学系からの光を入射する入射面と、
   複数の全反射面と、
   前記ロービーム用プロジェクタレンズへの光を出射する出射面と、
   を有し、
   前記ロービーム用光源集光光学系は、出射部に屈折素子部を有し、当該屈折素子部の屈折作用により、当該ヘッドライト装置が配置された水平方向では略平行な光束、鉛直方向では絞り込まれる光束が、前記ロービーム用配光制御導光体の入射面に入射する構成となっており、
   前記ロービーム用配光制御導光体は、前記入射面からの入射光のうちの第１光は前記複数の全反射面を経由せずに前記出射面から出射され、前記入射光のうちの第２光は前記複数の全反射面での複数回の全反射を経由して前記出射面から出射される、
   ヘッドライト装置。
2. 請求項１記載のヘッドライト装置において、
   前記ロービーム用固体光源は、ＬＥＤ素子で構成され、
   前記ロービーム用光源集光光学系は、ＬＥＤコリメータで構成される、
   ヘッドライト装置。
3. 請求項２記載のヘッドライト装置において、
   前記ＬＥＤコリメータは、
   前記ＬＥＤ素子の発光面に対向するように配置された入射側屈折素子部と、
   前記ＬＥＤ素子からの光を全反射させる側面反射部と、
   前記入射側屈折素子部および前記側面反射部からの光を出射する出射側屈折素子部と、
   を含む、
   ヘッドライト装置。
4. 請求項１記載のヘッドライト装置において、
   前記ロービームヘッドライトの前記光軸の方向と鉛直方向とが成す断面において、
   前記出射面は、前記光軸よりも上側に設けられた出射面領域を有し、
   前記複数の全反射面は、前記光軸よりも下側で前記出射面領域に対し斜めに設けられた第１全反射面を有する、
   ヘッドライト装置。
5. 請求項１記載のヘッドライト装置において、
   前記第２光は、前記複数の全反射面での複数回の全反射を経由することで、前記光軸に対し第１水平方向の外側に進んで前記出射面から出射される、
   ヘッドライト装置。
6. 請求項１記載のヘッドライト装置において、
   前記複数の全反射面は、奇数の全反射面である、
   ヘッドライト装置。
7. 請求項６記載のヘッドライト装置において、
   前記奇数の全反射面は、５個の全反射面である、
   ヘッドライト装置。
8. 請求項１記載のヘッドライト装置において、
   前記第２光が前記複数の全反射面のうちの第１全反射面に入射する際の入射角は、全反射の臨界角よりも３°以上大きい角度である、
   ヘッドライト装置。
9. 請求項１記載のヘッドライト装置において、
   ハイビームを出射するハイビームヘッドライトを備え、
   前記ハイビームヘッドライトは、
   ハイビーム用固体光源と、
   前記ハイビーム用固体光源の光軸上に配置され前記ハイビーム用固体光源からの発光を集光するハイビーム用光源集光光学系と、
   前記光軸上に配置され前記ハイビーム用光源集光光学系からの光を入射して配光制御し出射するハイビーム用配光制御導光体と、
   前記光軸上に配置され前記ハイビーム用配光制御導光体からの光を入射して投射するハイビーム用プロジェクタレンズと、
   を有し、
   前記ハイビーム用配光制御導光体は、
   前記ハイビーム用光源集光光学系からの光を入射する入射面と、
   前記ハイビーム用プロジェクタレンズへの光を出射する出射面と、を含み、
   前記ハイビーム用配光制御導光体の前記入射面または前記出射面の少なくとも一方は、前記光軸の方向と鉛直方向とが成す断面において前記鉛直方向の上下での非対称形状を有する、
   ヘッドライト装置。
10. 請求項９記載のヘッドライト装置において、
    前記ハイビーム用配光制御導光体の前記入射面は、前記鉛直方向での曲面を持つ円柱面形状を有し、
    前記鉛直方向の上下での非対称形状として、上側の第１領域の方が下側の第２領域よりも曲率が大きい形状である、
    ヘッドライト装置。
11. 請求項９記載のヘッドライト装置において、
    前記ハイビーム用固体光源は、ＬＥＤ素子で構成され、
    前記ハイビーム用光源集光光学系は、ＬＥＤコリメータで構成される、
    ヘッドライト装置。
12. 請求項１１記載のヘッドライト装置において、
    前記ＬＥＤコリメータは、
    前記ＬＥＤ素子の発光面に対向するように配置された入射側屈折素子部と、
    前記ＬＥＤ素子からの光を全反射させる側面反射部と、
    前記入射側屈折素子部および前記側面反射部からの光を出射する出射側屈折素子部と、
    を含む、
    ヘッドライト装置。
13. 車両に搭載されるヘッドライト装置であって、
    ハイビームを出射するハイビームヘッドライトを備え、
    前記ハイビームヘッドライトは、
    ハイビーム用固体光源と、
    前記ハイビーム用固体光源の光軸上に配置され前記ハイビーム用固体光源からの発光を集光するハイビーム用光源集光光学系と、
    前記光軸上に配置され前記ハイビーム用光源集光光学系からの光を入射して配光制御し出射するハイビーム用配光制御導光体と、
    前記光軸上に配置され前記ハイビーム用配光制御導光体からの光を入射して投射するハイビーム用プロジェクタレンズと、を有し、
    前記ハイビーム用配光制御導光体は、
    前記ハイビーム用光源集光光学系からの光を入射する入射面と、
    前記ハイビーム用プロジェクタレンズへの光を出射する出射面と、を含み、
    前記入射面は、前記光軸の方向と鉛直方向とが成す断面において前記鉛直方向での曲面を持つ円柱面形状を有し、前記鉛直方向の上下での非対称形状として、上側の第１領域の方が下側の第２領域よりも曲率が大きく、
    前記出射面は、前記鉛直方向の上下で、上側の第１領域の方が下側の第２領域よりも狭い形状である、
    ヘッドライト装置。
14. 請求項１３記載のヘッドライト装置において、
    前記ハイビーム用固体光源は、ＬＥＤ素子で構成され、
    前記ハイビーム用光源集光光学系は、ＬＥＤコリメータで構成される、
    ヘッドライト装置。
15. 請求項１４記載のヘッドライト装置において、
    前記ＬＥＤコリメータは、
    前記ＬＥＤ素子の発光面に対向するように配置された入射側屈折素子部と、
    前記ＬＥＤ素子からの光を全反射させる側面反射部と、
    前記入射側屈折素子部および前記側面反射部からの光を出射する出射側屈折素子部と、
    を含む、
    ヘッドライト装置。

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