WO2013183240A1 - 車両用灯具 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a vehicle lamp using an aspheric projection lens.
- Patent Document 1 in a vehicle lighting device in which lights from three light emitting elements are reflected forward by three reflectors, a single cylindrical lens extending in the vehicle width direction is projected on the front side of the three reflectors. It is described to arrange as a lens. According to this, even if the positions of the cylindrical lenses and the positions of the respective reflectors are slightly deviated in the vehicle width direction, it is possible to form a light distribution pattern having a substantially constant shape, and the lamp structure is simplified.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to form various light distribution patterns in a vehicle lamp including a plurality of lamp units having a light emitting element and a reflector, and in which a projection lens is integrated. It is about providing technology that enables it.
- a vehicle lamp includes a first light emitting element, a reflector based on an ellipse whose focal point is the first light emitting element or the vicinity thereof, and a first lens disposed in front of the reflector And a second light emitting element, and a second lens disposed in front of the second light emitting element and joined to the lens, the first lamp unit being adjacent to the first lamp unit And 2 lamp units.
- the first lens has a shape in which the second lens side is cut in a substantially vertical plane, and the second lens has a shape in which the cut surface of the first lens is extended along a predetermined line.
- the shape of the second lens extending along the predetermined direction from the cut surface can be changed depending on where the first lens is cut, the light distribution that can be formed by the second lens Variations of patterns spread.
- a vehicle lamp includes a first light emitting element, a reflector having a shape based on an ellipse whose focal point is the first light emitting element or the vicinity thereof, and a first light emitting element disposed in front of the reflector
- a first lamp unit having a lens, a second light emitting element, and a second lens disposed in front of the second light emitting element and joined to the lens, adjacent to the first lamp unit
- a second lamp unit is shaped to extend along a predetermined line with a constant vertical cross section, and the first and second focal points of the first lens and the focal line of the second lens are substantially coplanar.
- a lens is placed.
- various light distribution patterns can be formed in a vehicle lamp including a plurality of lamp units each having a light emitting element and a reflector and the projection lens being integrated.
- FIG. 1 is a schematic perspective view of a vehicle lamp according to an embodiment of the present invention. It is the schematic sectional drawing which observed the cut surface by the vertical surface containing the optical axis Ax of FIG. 1 from D direction of FIG. (A), (b) is a figure which illustrates the shape of an integral projection lens in detail. It is a figure which shows an example of the light distribution pattern formed with the lamp for vehicles. (A)-(d) are diagrams showing an integral projection lens according to another embodiment of the present invention.
- a vehicle lamp 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
- the vehicle lamp 100 is installed at the front of the vehicle body, for example, such that the left and right direction in FIG. 1 corresponds to the vehicle width direction.
- FIG. 1 is a schematic perspective view of a vehicular lamp 100.
- the vehicular lamp 100 includes three lamp units 10a, 10b and 10c.
- the lamp units 10a, 10b and 10c are so-called project type lamps having their own optical axes Ax, Bx and Cx, respectively, and have light emitting elements 24a, 24b and 24c and reflectors 26a, 26b and 26c, respectively.
- the projection lens 20 disposed in front of the reflectors 26a, 26b, 26c has an integral structure.
- the projection lens 20 is a lens having different light distribution characteristics with respect to the bending portions 22 b and 22 c in FIG. 1.
- the range between the bending portions 22b and 22c is called the partial lens 20a
- the range on the right side of the bending portion 22b is called the partial lens 20b
- the range on the left side of the bending portion 22c is called the partial lens 20c.
- the partial lens 20a functions as a part of the lamp unit 10a
- the partial lens 20b functions as a part of the lamp unit 10b
- the partial lens 20c functions as a part of the lamp unit 10c.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the lamp unit 10a when a cross section taken along the vertical plane including the optical axis Ax shown in FIG. 1 is observed from the D direction in the drawing.
- the reflector 26a has a substantially elliptical curved reflecting surface on the light emitting element 24a side with the central axis being an optical axis Ax extending in the longitudinal direction of the vehicle.
- the reflecting surface has, for example, an elliptical cross section including the optical axis Ax, and the eccentricity thereof is set to gradually increase from the vertical cross section to the horizontal cross section.
- a light emitting element 24a (for example, an LED) as a light source is disposed on the optical axis Ax and at a first focal point of an ellipse which constitutes a vertical cross section of the reflecting surface of the reflector 26a. Therefore, the light emitted from the light emitting element a converges on the second focal point of the ellipse (indicated by Fa in FIGS. 1 and 2).
- the partial lens 20a is a plano-convex aspheric lens having a convex front surface and a flat rear surface.
- the partial lens 20a is disposed so that the rear focal point substantially coincides with the second focal point Fa of the reflection surface of the reflector 26a, and the image on the rear focal plane is a reverse image on the vertical virtual screen disposed in front of the lamp Project
- the shaper 28a in which the light emitting element 24a is disposed on the upper surface extends to the vicinity of the second focal point Fa and serves as a shade forming a horizontal cutoff line on the vertical virtual screen.
- the light emitted from the light emitting element 24a is reflected by the reflection surface of the reflector 26a, and part of the light is shielded by the shaper 28a near the focal point Fa, and cut off on the virtual vertical screen through the partial lens 20a.
- the lamp units 10b and 10c also have the same configuration as the lamp unit 10a. That is, in the lamp unit 10b, the light emitted from the light emitting element 24b is reflected by the reflection surface of the reflector 26b, and a light distribution pattern having a cutoff line is formed on the virtual vertical screen through the partial lens 20b. Similarly, in the lamp unit 10c, the light emitted from the light emitting element 24c is reflected by the reflection surface of the reflector 26c, and a light distribution pattern having a cutoff line is formed on the virtual vertical screen through the partial lens 20c.
- the lamp units 10b and 10c are different from the lamp unit 10a in that they have a shape in which an ellipse that constitutes the vertical cross section of the reflecting surface of the reflectors 26b and 26c is extended in the vehicle width direction. Therefore, the reflectors 26b and 26c do not cause the light from the light emitting elements 24a and 24b to converge on the focal points Fb and Fc (see FIG. 1) in the vehicle width direction.
- FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the shape of the integral projection lens 20 in detail.
- FIG. 3A is a front view of a plano-convex aspheric lens. The left and right sides of the plano-convex aspheric lens cut by the vertical surfaces Lb and Lc correspond to the partial lens 20a.
- the reflected light from the reflector in the area shown by the dotted line in the drawing, the reflected light from the reflector only slightly reaches, so even if this area is cut, it does not affect much on the total amount of luminous flux.
- FIG. 3B is a cross-sectional view of the plano-convex aspheric lens cut along the vertical planes La, Lb, and Lc.
- the partial lenses 20b and 20c have a three-dimensional shape that passes when the left and right cut surfaces Sb and Sc of the aspheric lens are swept along a predetermined line.
- the predetermined line is a curve in the present embodiment, but may be a straight line.
- the partial lenses 20b and 20c are so-called toric lenses. Therefore, the partial lenses 20b and 20c diffuse light only in the left and right direction. As described above, since the partial lens 20a and the partial lenses 20b and 20c have different cross sections, they can have different light distribution functions. When the predetermined line is a straight line, the partial lenses 20b and 20c are so-called cylindrical lenses.
- the focal point of the partial lens 20a and the focal points of the partial lenses 20b and 20c will be on the same plane.
- the projection lens is desirably integrally molded by injection molding or the like.
- the partial lenses 20a, 20b, and 20c may be separately formed and bonded by the bending portions 22b and 22c illustrated in FIG.
- FIG. 4 shows an example of a light distribution pattern formed by the vehicular lamp 100.
- a pattern Ra is a light distribution pattern formed by the lamp unit 10a, a pattern Rb by the lamp unit 10b, and a pattern Rc by the lamp unit 10c.
- the three lamp units form a low beam light distribution pattern that illuminates the area directly below the horizontal line H most brightly.
- three lamp units may form one light distribution (for example, low beam or high beam), or each lamp unit may form another light distribution.
- each partial lens functions so that the lamp unit 10a alone functions as a high beam, and the lamp unit 10b and the lamp unit 10c each function as any one of a low beam, a clearance lamp, a cornering lamp, and a daytime running lamp.
- the shapes of 20a, 20b and 20c may be designed.
- FIGS. 5 (a)-(d) show another example of an integral projection lens.
- FIG. 5A shows a projection lens 50 in which the central partial lens 50a is not a plano-convex aspheric lens but the light emitting element side is concave, unlike the projection lens 20 shown in FIG.
- the partial lens 50a may be a biconvex lens.
- FIG. 5B shows a projection lens 60 in which the right partial lens 60b of the partial lens 60a is extended along a straight line.
- FIGS. 5C and 5D respectively show the projection lenses 70 and 80 when there are two partial lenses.
- the partial lens 70b on the right side of the partial lens 70a is formed to extend along a curve
- the partial lens 80a is The right partial lens 80b is formed to extend along a straight line.
- the locus when the cross section S of the partial lens 70a is rotated around the vertical line E may be a shape of the partial lens 70b.
- the projection lens can be integrated in a vehicle lamp having a configuration in which a plurality of lamp units each having a light source and a reflector are juxtaposed. Since there is no need to individually support the projection lens, the structure for lens holding can be simplified, and the volume occupied by the holding structure in the lamp chamber can be reduced. Also, when the projection lens is separate, mounting errors between the lenses may occur, but integrating the projection lens can eliminate such an error.
- the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as design changes can be added based on the knowledge of those skilled in the art.
- the configuration shown in each drawing is for describing an example, and any configuration that can achieve the same function can be appropriately changed, and the same effect can be obtained.
- the cylindrical (or toric) lens extending to the left and right of the plano-convex aspheric lens has a constant vertical cross section, but the cross sectional area decreases slightly toward the left end or the right end of the vehicle. You may form a lens.
- the lamp unit has been described in which the light emitted from the light emitting element is reflected by the reflector.
- some or all of the lamp units may have a so-called direct-type configuration in which the light emitting element is disposed in the vicinity of the rear focal point of the projection lens so that the light emitted from the light emitting element is directly incident.
- 10a, 10b, 10c lamp units 20 projection lenses, 20a, 20b, 20c partial lenses, 24a, 24b, 24c light emitting elements, 26a, 26b, 26c reflectors, Sa, Sb, Sc cut surfaces, 100 vehicle lamps.
- various light distribution patterns can be formed in a vehicle lamp including a plurality of lamp units each having a light emitting element and a reflector and the projection lens being integrated.
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Abstract
第1灯具ユニット10aは、第1発光素子24aと、第1発光素子またはその近傍を焦点とする楕円を基調とした形状のリフレクタ26aと、リフレクタの前方に配置される第1部分レンズ20aと、を有する。第1灯具ユニットと隣接する第2灯具ユニット10bは、第2発光素子24bと、第2発光素子の前方に配置されるとともに第1部分レンズ20aに接合される第2部分レンズ20bと、を有する。第1部分レンズ20aは、第2部分レンズ20b側が略垂直面で切断された形状を有し、第2部分レンズ20bは、第1部分レンズの切断面を所定の線に沿って延ばした形状を有する。
Description
本発明は、非球面の投影レンズを使用する車両用灯具に関する。
近年、LED(Light Emitting Diode)などの半導体発光素子を用いた車両用前照灯の開発が進められている。特許文献1には、3つの発光素子からの光を3つのリフレクタで前方に向けて反射させる車両用照明灯具において、3つのリフレクタの前方側に、車幅方向に延びる一本のシリンドリカルレンズを投影レンズとして配置することが記載されている。これによると、シリンドリカルレンズの位置や各リフレクタの位置が車幅方向に多少ずれていても、略一定形状の配光パターンが形成可能であり、灯具構造が簡素化されるとしている。
特許文献1に記載の技術では、車幅方向で断面が同一であるシリンドリカルレンズを使用しているので、車両用灯具で形成可能な配光パターンが限定される。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光素子とリフレクタを有する灯具ユニットを複数備え、投影レンズが一体化されている車両用灯具において、種々の配光パターンを形成可能にする技術を提供することにある。
本発明のある態様の車両用灯具は、第1発光素子と、該第1発光素子またはその近傍を焦点とする楕円を基調とした形状のリフレクタと、該リフレクタの前方に配置される第1レンズと、を有する第1灯具ユニットと、第2発光素子と、該第2発光素子の前方に配置されるとともにレンズに接合される第2レンズと、を有し、第1灯具ユニットと隣接する第2灯具ユニットと、を備える。第1レンズは、第2レンズ側が略垂直面で切断された形状をなし、第2レンズは、第1レンズの切断面を所定の線に沿って延ばした形状をなす。
この態様によると、第1レンズをいずれの部分で切断するかに応じて、切断面から所定に沿って延びる第2レンズの形状を変化させることができるので、第2レンズで形成しうる配光パターンのバリエーションが広がる。
本発明の別の態様の車両用灯具は、第1発光素子と、該第1発光素子またはその近傍を焦点とする楕円を基調とした形状のリフレクタと、該リフレクタの前方に配置される第1レンズと、を有する第1灯具ユニットと、第2発光素子と、該第2発光素子の前方に配置されるとともにレンズに接合される第2レンズと、を有し、第1灯具ユニットと隣接する第2灯具ユニットと、を備える。第2レンズは、垂直断面が一定のまま所定の線に沿って延びる形状をなし、第1レンズの焦点と第2レンズの焦線とが略同一平面上に位置するように第1および第2レンズが配置される。
本発明によれば、発光素子とリフレクタを有する灯具ユニットを複数備え、投影レンズが一体化されている車両用灯具において、種々の配光パターンを形成することができる。
図1および2を参照して、本発明の一実施形態に係る車両用灯具100について説明する。車両用灯具100は、例えば図1の左右方向が車幅方向に対応するように車体の前部に設置される。
図1は、車両用灯具100の概略斜視図である。車両用灯具100は、3つの灯具ユニット10a、10b、10cを備える。灯具ユニット10a、10b、10cは、それぞれ独自の光軸Ax、Bx、Cxを有するいわゆるプロジェクト型の灯具であり、発光素子24a、24b、24cとリフレクタ26a、26b、26cとをそれぞれ有する。
これに対し、リフレクタ26a、26b、26cの前方に配置される投影レンズ20は、一体的な構造となっている。詳細は後述するが、投影レンズ20は、図1中の屈曲部22b、22cを境に配光特性が異なるレンズとなっている。以下、屈曲部22bと22cで挟まれた範囲を部分レンズ20a、屈曲部22bの右側の範囲を部分レンズ20b、屈曲部22cの左側の範囲を部分レンズ20cと呼ぶ。図1から分かるように、部分レンズ20aは灯具ユニット10aの一部として機能し、部分レンズ20bは灯具ユニット10bの一部として機能し、部分レンズ20cは灯具ユニット10cの一部として機能する。
図2は、図1に示した光軸Axを含む鉛直面による切断面を図中のD方向から観察したときの灯具ユニット10aの概略断面図である。
リフレクタ26aは、車両前後方向に延びる光軸Axを中心軸とする略楕円曲面状の反射面を発光素子24a側に有している。この反射面は、例えば、光軸Axを含む断面形状が楕円をなし、その離心率が鉛直断面から水平断面へ向けて徐々に大きくなるように設定されている。
光源としての発光素子24a(例えばLED)は、光軸Ax上、かつリフレクタ26aの反射面の鉛直断面を構成する楕円の第1焦点に配置される。このため、発光素子aから発せられた光は楕円の第2焦点(図1、2中にFaで示す)に収束する。
部分レンズ20aは、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズである。部分レンズ20aは、後側焦点がリフレクタ26aの反射面の第2焦点Faと略一致するように配置され、後側焦点面上の像を灯具前方に配置された鉛直仮想スクリーン上に反転像として投影する。
発光素子24aが上面に配置されているシェーパー28aは、第2焦点Faの近傍まで延在し、鉛直仮想スクリーン上に水平カットオフラインを形成するシェードとしての役割を有する。
灯具ユニット10aでは、発光素子24aから発せられた光がリフレクタ26aの反射面によって反射され、焦点Fa近傍でシェーパー28aにより一部の光が遮蔽され、部分レンズ20aを通して、仮想鉛直スクリーン上にカットオフラインを有する配光パターンが形成される。
図示はしないが、灯具ユニット10b、10cも灯具ユニット10aと同様の構成を有している。すなわち、灯具ユニット10bでは、発光素子24bから発せられた光がリフレクタ26bの反射面によって反射され、部分レンズ20bを通して仮想鉛直スクリーン上にカットオフラインを有する配光パターンが形成される。同様に、灯具ユニット10cでは、発光素子24cから発せられた光がリフレクタ26cの反射面によって反射され、部分レンズ20cを通して仮想鉛直スクリーン上にカットオフラインを有する配光パターンが形成される。但し、灯具ユニット10b、10cでは、リフレクタ26b、26cの反射面の鉛直断面を構成する楕円を車幅方向に延ばした形状である点で、灯具ユニット10aとは異なっている。このため、リフレクタ26b、26cは、車幅方向では発光素子24a、24bからの光を焦点Fb、Fc(図1を参照)に収束させない。
図3(a)、(b)は、一体型の投影レンズ20の形状を詳細に説明する図である。図3(a)は、平凸非球面レンズの正面図である。平凸非球面レンズの左右両側を、垂直面Lb、Lcで切断したものが、部分レンズ20aに対応する。なお、このような非球面レンズにおいて、図中に点線で表す領域は、リフレクタからの反射光が僅かしか到達しないので、この領域をカットしても全体の光束の量にはあまり影響しない。
図3(b)は、平凸非球面レンズを垂直面La、Lb、Lcで切断したときの断面図である。部分レンズ20b、20cは、非球面レンズの左右の切断面Sb、Scを、所定の線に沿ってスイープさせたときに通過する三次元形状を有している。この所定の線は、本実施形態では曲線であるが、直線であってもよい。
上記所定の線が曲線である場合、部分レンズ20b、20cはいわゆるトーリックレンズとなる。したがって、部分レンズ20b、20cは、左右方向にのみ光を拡散させる。このように、部分レンズ20aと、部分レンズ20bおよび20cとがそれぞれ異なる断面を有するレンズとなるので、異なる配光機能を持たせることができる。なお、上記所定の線が直線である場合、部分レンズ20b、20cはいわゆるシリンドリカルレンズになる。
非球面レンズの光軸と同一平面上にあるように上記所定の線を選択すれば、部分レンズ20aの焦点と、部分レンズ20b、20cの焦点とが同一平面上に位置するようになる。
投影レンズは、射出成形などにより一体成形されることが望ましい。しかしながら、部分レンズ20a、20b、20cを別々に成形し、図1に示す屈曲部22b、22cで接着して作成されてもよい。
図4は、車両用灯具100で形成される配光パターンの一例を示す。図中、パターンRaが灯具ユニット10aで、パターンRbが灯具ユニット10bで、パターンRcが灯具ユニット10cでそれぞれ形成される配光パターンである。
この例では、3つの灯具ユニットによって、水平線Hの直下を最も明るく照射するロービーム配光パターンを形成している。この例のように、3つの灯具ユニットで1つの配光(例えばロービームまたはハイビーム)を形成してもよいし、または、各灯具ユニットでそれぞれ別の配光を形成してもよい。後者の場合、例えば、灯具ユニット10a単独でハイビームとして機能し、灯具ユニット10bと灯具ユニット10cが、それぞれロービーム、クリアランスランプ、コーナリングランプ、デイタイムランニングランプのいずれかとして機能するように、各部分レンズ20a、20b、20cの形状を設計してもよい。
図5(a)-(d)は、一体型の投影レンズの別の例を示す。図5(a)は、図1に示した投影レンズ20と異なり、中央の部分レンズ50aが平凸非球面レンズでなく、発光素子側が凹面に形成された投影レンズ50を示す。部分レンズ50aは両凸レンズであってもよい。図5(b)は、部分レンズ60aの右側の部分レンズ60bを直線に沿って延ばすようにした投影レンズ60を示す。
図5(c)、(d)は、部分レンズが2つである場合の投影レンズ70、80をそれぞれ示す。図5(c)の投影レンズ70では、部分レンズ70aの右側の部分レンズ70bが曲線に沿って延びるように形成されているのに対し、図5(d)の投影レンズ80では、部分レンズ80aの右側の部分レンズ80bが直線に沿って延びるように形成されている。図5(c)に示すように、部分レンズを曲線に形成する場合、部分レンズ70aの断面Sを鉛直線Eの周りに回転させたときの軌跡を部分レンズ70bの形状にしてもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、それぞれが光源とリフレクタを有する複数の灯具ユニットを並置した構成の車両用灯具において、投影レンズを一体化することができる。投影レンズを個別に支持する必要がないので、レンズ保持のための構造を簡素化でき、灯室内で保持構造が占める容積を削減することができる。また、投影レンズが別体の場合には、レンズ間の取り付け誤差が生じうるのに対し、投影レンズを一体化することでそのような誤差を排除することができる。
また、元となる非球面レンズをいずれの部分で切断するかに応じて、切断面から左右に延びる部分レンズの形状を変化させることができるので、部分レンズで形成しうる配光パターンのバリエーションが多様になる。
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能であり、同様な効果を得ることができる。
また、上述の各実施形態は、互いに矛盾しない限り、任意のものを組み合わせて使用することができる。
実施の形態では、平凸非球面レンズの左右に延びるシリンドリカル(またはトーリック)レンズは垂直断面が一定であることを述べたが、車両の左端または右端に向かうにつれて断面積がわずかに減少するようにレンズを形成してもよい。
実施の形態では、発光素子から発せられた光がリフレクタによって反射される構成の灯具ユニットについて説明した。しかしながら、一部または全ての灯具ユニットが、発光素子から発せられた光が直接入射するように投影レンズの後方焦点近傍に発光素子を配置した、いわゆる直射型の構成であってもよい。
10a、10b、10c 灯具ユニット、 20 投影レンズ、 20a、20b、20c 部分レンズ、 24a、24b、24c 発光素子、 26a、26b、26c リフレクタ、 Sa、Sb、Sc 切断面、 100 車両用灯具。
本発明によれば、発光素子とリフレクタを有する灯具ユニットを複数備え、投影レンズが一体化されている車両用灯具において、種々の配光パターンを形成することができる。
Claims (6)
- 第1発光素子と、該第1発光素子またはその近傍を焦点とする楕円を基調とした形状のリフレクタと、該リフレクタの前方に配置される第1レンズと、を有する第1灯具ユニットと、
第2発光素子と、該第2発光素子の前方に配置されるとともに前記レンズに接合される第2レンズと、を有し、前記第1灯具ユニットと隣接する第2灯具ユニットと、
を備え、
前記第1レンズは、前記第2レンズ側が略垂直面で切断された形状をなし、
前記第2レンズは、前記第1レンズの切断面を所定の線に沿って延ばした形状をなすことを特徴とする車両用灯具。 - 第1発光素子と、該第1発光素子またはその近傍を焦点とする楕円を基調とした形状のリフレクタと、該リフレクタの前方に配置される第1レンズと、を有する第1灯具ユニットと、
第2発光素子と、該第2発光素子の前方に配置されるとともに前記レンズに接合される第2レンズと、を有し、前記第1灯具ユニットと隣接する第2灯具ユニットと、
を備え、
前記第2レンズは、垂直断面が一定のまま所定の線に沿って延びる形状をなし、
前記第1レンズの焦点と前記第2レンズの焦線とが略同一平面上に位置するように前記第1および第2レンズが配置されることを特徴とする車両用灯具。 - 前記所定の線が曲線であることを特徴とする請求項1または2に記載の車両用灯具。
- 前記第2灯具ユニットは、前記第2発光素子から発せられた光が前記第2レンズに直接入射するように構成されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の車両用灯具。
- 前記第2灯具ユニットは、垂直方向の略楕円形断面を水平方向に延ばした形状のリフレクタを備えることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の車両用灯具。
- 前記第1灯具ユニットがハイビームを構成し、前記第2灯具ユニットがロービームを構成するように、前記第1および第2レンズが設計されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の車両用灯具。
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