WO2016186179A1 - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

小型化が可能な車両用灯具を提供すること。本発明の車両用灯具は、半導体型の光源３０を有する光源部と、光源３０の前方に配置される第２レンズ部５１を有する第２のレンズ５０と、光源３０と第２のレンズ５０の間に配置され、光源３０のライトコーンを第２レンズ部５１と第２レンズ部５１の基本焦点Ｐとを結ぶコーンに変換する第１レンズ部６１を有する第１のレンズ６０と、を備え、第１レンズ部６１は、第１レンズ部６１の水平方向外側の入射面６２に入射する光源３０からの光を第２レンズ部５１の水平方向外側の入射面５２に入射させるように内向きに変換して照射するように形成されている。

Description

車両用灯具

本発明は車両用灯具に関するものである。

従来、車両前後方向に延びる光軸上に配置された複数のレンズを含む投影レンズと、前記投影レンズの後側焦点面より後方側に配置され、前記投影レンズの後側最終面を照射する光源と、を備え、前記投影レンズの後側焦点面と前記投影レンズの後側最終面とが略一致し、前記投影レンズの後側最終面には、前記光源が照射する光を散乱させるための処理が施されていることを特徴とする車両用灯具ユニットが知られている（特許文献１参照）。

そして、特許文献１には、以下のことが記載されている。すなわち、上記のような構成とすることで、投影レンズの後方側焦点近傍に配置された光源の像（又は反射面からの反射光で投影レンズの後方側焦点近傍に形成される光源像）が投影されるのではなく、投影レンズの後側焦点面と略一致した投影レンズの後側最終面（例えば、当該投影レンズの後側最終面に施されたシボ加工等の微細な凹凸形状）の作用で当該投影レンズの後側最終面上に均一化された照度分布が形成される。この均一化された照度分布が投影レンズを介して前方へ拡大反転投影されることとなるため、仮想鉛直スクリーン（例えば、車両前面から約２５ｍ前方に配置されている）上に、均一化された照度分布の所定配光パターンを形成することが可能となる。

また、特許文献１には、投影レンズが複数のレンズで構成されているため、投影レンズが単レンズで構成されている場合と比べ、色収差によるカラーフリンジを抑えることが可能となることが記載されている。

特開２０１３―７３８１１号公報

ところで、特許文献１では、車両用灯具の小型化に関しては考慮されていないが、近年、車両用灯具を小型化することが求められるようになっている。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、小型化が可能な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、半導体型の光源を有する光源部と、前記光源の前方に配置される第２レンズ部を有する第２のレンズと、前記光源と前記第２のレンズの間に配置され、前記光源のライトコーンを前記第２レンズ部と前記第２レンズ部の基本焦点とを結ぶコーンに変換する第１レンズ部を有する第１のレンズと、を備え、前記第１レンズ部は、前記第１レンズ部の水平方向外側の入射面に入射する前記光源からの光を前記第２レンズ部の水平方向外側の入射面に入射させるように内向きに変換して照射するように形成されている。
（２）上記（１）の構成において、前記第２レンズ部は、中央側から水平方向外側に向かって光を外側から内側に照射するように形成されている。
（３）上記（１）の構成において、前記光源の光源光軸を基準として前記光源からの光の照射角度が所定角度以下となる前記第１レンズ部の鉛直方向の範囲内の入射面は、前記第２レンズ部側から見たときに、第２レンズ部の焦点位置が前記第２レンズ部の基本焦点に対して鉛直方向にズレるように形成されている。
（４）上記（１）の構成において、前記第１レンズ部は、後方焦点距離が３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、前記第１のレンズは、前記第２のレンズよりも高耐熱性の材料で形成されており、前記第１のレンズは、第１レンズ部の後方焦点若しくは後方焦点近傍に前記光源の発光中心が位置するように配置されている。
（５）上記（１）の構成において、前記第２のレンズは、アクリル系樹脂で形成されている。
（６）上記（１）の構成において、前記光源に設けられる発光チップの一部に欠けがある場合には、欠けがある部分が鉛直方向下側に位置するように、前記発光チップが配置されている。
（７）上記（１）の構成において、前記光源には、複数の発光チップが設けられており、前記第１のレンズには、それぞれの前記発光チップに対応する複数の前記第１レンズ部が形成されているとともに、前記第２のレンズにもそれぞれの前記発光チップに対応する複数の前記第２レンズ部が形成されている。
（８）上記（７）の構成において、車両外側に配置されるロービーム用灯具ユニットを備え、前記ロービーム用灯具ユニットの車両内側となる隣の位置に前記発光チップ、前記第１レンズ部および前記第２レンズ部が鉛直方向に並ぶように配置されている。

本発明によれば、小型化が可能な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分解斜視図である。 本発明に係る実施形態の第１レンズ部６１及び第２レンズ部５１を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の灯具ユニットの各発光チップからの光で形成されるスクリーン上での配光パターンを等光度線で示した図であり、（ａ）はラージ拡散配光パターンを示す図であり、（ｂ）はミドル拡散配光パターンを示す図であり、（ｃ）はショート拡散配光パターンを示す図である。 本発明に係る実施形態の第１レンズ部の入射面について、水平方向及び鉛直方向の光の照射角度が５０度の範囲内を模式的に示した図である。 本発明に係る実施形態の灯具ユニットが形成するスクリーン上でのハイビーム配光パターンを等光度線で示した図である。 本発明に係る実施形態の灯具ユニットの正面図である。

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）などが配置されている。

（灯具ユニット）
図２は、灯具ユニット１０の分解斜視図である。
図２に示すように、灯具ユニット１０は、ヒートシンク２０と、ヒートシンク２０上に取付けられる半導体型の光源３０からなる光源部と、ヒートシンク２０上に取付けられるレンズホルダ４０と、光源３０の前方に配置される第２のレンズ５０と、第２のレンズ５０と光源３０の間に配置される第１のレンズ６０と、第１のレンズ６０と第２のレンズ５０の間に配置されるシェード７０と、を備えている。
なお、光源部は、発光チップ３２とアルミ実装基板３１とで構成される半導体型の光源３０を複数用いて構成されていても良いし、本実施形態のように、１つのアルミ実装基板３１に複数の発光チップ３２を設けた半導体型の光源３０で構成するようにしても良い。したがって、以下の説明では、単に光源３０とのみ記載して光源部との記載を省略し、光源３０と光源部を分けて説明する必要がある部分についてのみ光源部との表現を用いて説明する。

（ヒートシンク）
ヒートシンク２０は、光源３０が発生する熱を放熱する部材であり、熱伝導率の高い金属材料（例えば、アルミ等）や樹脂材料を用いて成形されるのが好適である。

本実施形態では、熱伝導率の高い金属材料をプレス加工することで形成した板状のヒートシンク２０の場合を示しているが、これに限られるものではない。例えば、光源３０が配置される表面２１と反対側に位置する裏面に後方に伸びる放熱フィンを設けるようにしたアルミダイカスト製のヒートシンクなどでも良い。

但し、プレス加工でヒートシンク２０を形成するようにする方が、製造コストを抑えることができるので、コスト的な面からすれば、本実施形態のように、プレス加工で形成した板状のヒートシンク２０とするのが好適である。

ヒートシンク２０の表面２１には、光源３０を取付けるときの位置合わせのためのボス２２と、光源３０を取付けるためのネジ（図示せず）を固定するネジ固定孔２３とが形成されている。

また、ヒートシンク２０の表面２１には、レンズホルダ４０の第１レンズホルダ４１を取付けるときの位置合わせのためのボス２４と、第１レンズホルダ４１を取付けるためのネジ（図示せず）を固定するネジ固定孔２５とが形成されている。

さらに、ヒートシンク２０の表面２１には、レンズホルダ４０の第２レンズホルダ４２を取付けるときの位置合わせのためのボス２６と、第２レンズホルダ４２を取付けるためのネジ（図示せず）を固定するネジ固定孔２７とが形成されている。

このように、ヒートシンク２０の表面２１に設けられたボス２２、２４、及び、２６で、それぞれ光源３０、第１レンズホルダ４１及び第２レンズホルダ４２が位置合わせされる。そして、ヒートシンク２０の表面２１に設けられたネジ固定孔２３、２５、及び、２７にネジを固定するようにして、それぞれ光源３０、第１レンズホルダ４１及び第２レンズホルダ４２が固定できるようになっている。

（光源）
本実施形態の灯具ユニット１０は、ショート拡散配光パターン、ミドル拡散配光パターン及びラージ拡散配光パターンの３つの配光パターンを重ね合わせることでハイビーム配光パターンを形成するようになっている。図２に示すように、灯具ユニット１０には、それぞれの配光パターン用に１つずつ合計３つの発光チップ３２を有する光源３０が設けられる。

より具体的には、灯具ユニット１０は、給電構造を設けたアルミ実装基板３１上に３つの発光チップ３２を設けたＬＥＤ光源である。
なお、上述したように、本実施形態では、共通基板として１つのアルミ実装基板３１を設け、そのアルミ実装基板３１上に３つの発光チップ３２を設ける態様とした光源３０で光源部を構成し、光源部が３つの発光チップ３２を有するものとしているが、例えば、１つの発光チップ３２と１つのアルミ実装基板３１からなる光源３０を３つ用いて光源部を構成するようにしても良い。このようにしても、本実施形態と同様に、３つの発光チップを設けた光源部とすることができる。
アルミ実装基板３１には、ヒートシンク２０のボス２２が挿入されるボス孔３３とヒートシンク２０に固定するときのネジ（図示せず）を通すためのネジ孔３４とが設けられている。そして、ボス２２をボス孔３３に挿入するように光源３０がヒートシンク２０上に配置された後、ネジ孔３４を通してネジ（図示せず）をヒートシンク２０のネジ固定孔２３に螺合させて固定することで光源３０はヒートシンク２０上に固定される。

本実施形態では、光源３０は各配光パターン用に１つずつ発光チップ３２を設けたものとしているが、必ずしも各配光パターン用に１つずつ設けることに限定される必要はない。例えば、１つの配光パターン用に複数の発光チップ３２をセットとして設けるようにしてもよい。しかしながら、そのように１つの配光パターン用に複数の発光チップ３２をセットとして設けるようにすると、発光チップ３２の数が増えることになるので発熱量が増加することになる。
そうすると、第１のレンズ６０が熱による劣化を起こすことになるため、小型化のために、第１のレンズ６０を光源３０に近づけて配置できないようになる場合がある。

また、発光チップ３２の数を増やすと、その分だけ発光面が大きくなるため、その大きい発光面からの光を無駄なく受けるためには、第１のレンズ６０の第１レンズ部６１自体を大きくする必要が出てくる。

このため、小型化のためには、各配光パターン用に用いる発光チップ３２を１つずつとして発熱量を抑え、第１のレンズ６０を光源３０に近づけて配置できるようにするとともに、各配光パターン用に用いる発光チップ３２を１つずつとして発光面積の小さい点光源に近い状態とすることで、光を無駄なく受けるために必要な第１レンズ部６１の大きさ自体を小さくできるようにすることが好適である。
なお、各配光パターン用に１つずつ光源３０を設けて複数の光源３０で光源部を構成するようにしても良い。この場合も、各光源３０毎に複数の発光チップ３２をセットとして設けるようにしても良いが、上述した小型化の観点から複数の光源３０で光源部を構成するような場合でも、各光源３０に設けられる発光チップ３２の数は１つとするのが好適である。

ところで、発光チップ３２は、メーカーによっては、一部に欠けがある場合があり、このように一部に欠けがある場合には、その欠けのある部分が鉛直方向下側に位置するように配置するのが好適である。
このようにすることで欠けの部分を上方に投影するようにして、配光パターンの上方に逃がすようにすることで良好な配光パターンを形成することが可能となる。

なお、本実施形態では、ショート拡散配光パターン、ミドル拡散配光パターン及びラージ拡散配光パターンの３つの配光パターンを形成するために、３つの発光チップ３２を用いているが、ミドル拡散配光パターンを形成せず、ショート拡散配光パターン及びラージ拡散配光パターンだけを形成して、ショート拡散配光パターン及びラージ拡散配光パターンを重ね合わせてハイビーム配光パターンを形成するようにしても良い。

このような場合には、発光チップ３２は、ショート拡散配光パターン用の発光チップ３２と、ラージ拡散配光パターン用の発光チップ３２との合計２つの発光チップ３２が設けられていれば良い。
なお、複数の光源３０で光源部を構成する場合も同様に、ショート拡散配光パターン及びラージ拡散配光パターンだけを形成する時には、それらに対応して２つの光源３０で光源部を構成するようにすればよい。
また、本実施形態では、半導体型の光源３０としてＬＥＤを用いている場合について示しているが、例えば、半導体レーザ（ＬＤ）のような半導体型の光源を用いるようにしても良い。

（レンズホルダ）
レンズホルダ４０は、光源３０側に配置される第１レンズホルダ４１と、第１レンズホルダ４１の前方側に配置される第２レンズホルダ４２とからなる。
第１レンズホルダ４１には、ヒートシンク２０のボス２４を挿入するボス孔４１ａとネジ（図示せず）を通すネジ孔４１ｂとが水平方向の両端に形成されている。第１レンズホルダ４１は、ボス孔４１ａにヒートシンク２０のボス２４を通すようにしてヒートシンク２０上に配置された後、ネジ孔４１ｂを通してネジ（図示せず）をヒートシンク２０のネジ固定孔２５に螺合させて固定することでヒートシンク２０に取付けられるようになっている。

同様に、第２レンズホルダ４２にも、水平方向の両端にヒートシンク２０のボス２６を挿入するボス孔４２ａとネジ（図示せず）を通すネジ孔４２ｂとが形成されている。第２レンズホルダ４２は、ボス孔４２ａにヒートシンク２０のボス２６を通すようにしてヒートシンク２０上に配置された後、ネジ孔４２ｂを通してネジ（図示せず）をヒートシンク２０のネジ固定孔２７に螺合させて固定することでヒートシンク２０に取付けられるようになっている。

また、第１レンズホルダ４１の中央には、開口４３が形成されている。その中央の開口４３の鉛直方向の両側（上側及び下側）には、第１のレンズの鉛直方向の両辺（上側の辺及び下側の辺）を受ける受け部４４が形成されている。
そして、第１レンズホルダ４１の鉛直方向の両面（上側の面及び下側の面）には、第２レンズホルダ４２に係止する係止部４５が形成されている。

一方、第２レンズホルダ４２の中央にも開口４６が形成されている。その中央の開口４６の前方側の水平方向の両側に第２のレンズ５０の水平方向の両端を受ける前面壁部４７が形成されている。
そして、第２レンズホルダ４２の水平方向の両側壁（左側の側壁及び右側の側壁）には、第１レンズホルダ４１に係止する係止部４８が設けられている。

したがって、第１のレンズ６０が第１レンズホルダ４１の受け部４４に受けられるとともに、第２のレンズ５０が第２レンズホルダ４２の前面壁部４７で受けられた状態で、第１のレンズ６０と第２のレンズ５０は、第１レンズホルダ４１と第２レンズホルダ４２とで挟まれるようにして保持される。
なお、シェード７０は、第１のレンズ６０と第２のレンズ５０との間に挟まれるように保持されることになる。

（第１のレンズ）
第１のレンズ６０は、水平方向に横長の板状であり、それぞれの発光チップ３２に対応する３つの第１レンズ部６１が形成されている。第１のレンズ６０は、第１レンズ部６１の後方焦点が光源３０の発光チップ３２の中心若しくは中心近傍、つまり、光源３０の発光中心若しくは発光中心近傍に位置するように配置される。

したがって、第１レンズ部６１の後方焦点距離を３ｍｍ以上１０ｍｍ以下と短く形成するようにすれば第１のレンズ６０を光源３０の近くに配置することができる。

しかしながら、このように光源３０の近くに第１のレンズ６０を配置するようにすると、光源３０からの熱の影響で第１のレンズ６０が熱劣化する恐れがある。
このため、第１のレンズ６０は耐熱性に優れるポリカーボネート系樹脂、シリコン（ＳＬＲ）、及びガラス等で形成されることが好適である。本実施形態では、第１のレンズ６０をポリカーボネート系樹脂で形成している。

第１レンズ部６１の光源３０からの光が入射する入射面（光源側の面）は、水平方向と鉛直方向の二軸によって織り成される複合二次曲面として形成されている。本実施形態では、水平方向の軸及び鉛直方向の軸が共に直線で規定される平面状の入射面になっているが、例えば、水平方向の軸が直線で規定され、鉛直方向の軸が内側に湾曲した曲線で規定された、第１レンズ部６１内に湾曲するような入射面であっても良い。
一方、第１レンズ部６１の出射面は、入射した光が所定の出射パターンとして第２のレンズ５０側に照射されるように自由曲面で形成されている。
なお、第１レンズ部６１の配光制御については後述する。

また、上述のように、２つの発光チップ３２を用いてショート拡散配光パターン及びラージ拡散配光パターンだけを形成し、ミドル拡散配光パターンを形成しない場合には、それに合わせて第１のレンズ６０には、２つの第１レンズ部６１が形成される。

（シェード）
シェード７０は、第１のレンズ６０の第１レンズ部６１以外の部分から光が出射しないように光を遮光するための部材である。
このため、シェード７０には、第１レンズ部６１の外径に合わせた３つの開口７１が形成されており、第１レンズ部６１から出射する光が遮光されないようにしつつ、第１のレンズ６０における第１レンズ部６１以外の箇所を遮光するように形成されている。
なお、上述のように、第１レンズ部６１が２つとされる場合には、それに合わせて開口７１も２つにされる。

（第２のレンズ）
第２のレンズ５０は、水平方向に横長の板状であり、それぞれの発光チップ３２に対応する３つの第２レンズ部５１が形成されている。
第２レンズ部５１の光が出射する出射面は、求められる表面形状に応じて自由に決めてよい。一方、第２レンズ部５１の光が入射する入射面（第１レンズ部６１側の面）は、その出射面から出射する光が所定の出射パターンとなるように自由曲面で形成される。
本実施形態では、第２レンズ部５１の出射面を平面状として、その出射面から出射する光が所定の出射パターンとなるように入射面を自由曲面で形成するようにしている。
なお、第２レンズ部５１の配光制御については後述する。

ここで、一般に、同じ材料であっても波長が異なると屈折率が異なる。この屈折率の波長依存性が大きいと、分光が起こりやすく、配光パターンの一部に青色分光色が現れやすくなる。
第２のレンズ５０は、第１のレンズ６０の前方側に位置するため、光源３０からの熱の影響を受け難いため、屈折率の波長依存性の小さいＰＭＭＡなどのアクリル系樹脂を用いて分光の影響を小さくするようにすることが好適である。
したがって、第１のレンズ６０及び第２のレンズ５０の説明からわかるように、本実施形態では、第１のレンズ６０を耐熱性の観点を優先してポリカーボネート系樹脂（第２のレンズ５０よりも高耐熱性の材料）で形成し、一方、第２のレンズ５０は分光の観点を優先し、アクリル系樹脂で形成するようにしている。

なお、上述のように、２つの発光チップ３２を用いてショート拡散配光パターン及びラージ拡散配光パターンだけを形成し、ミドル拡散配光パターンを形成しない場合には、それに合わせて第２のレンズ５０には、２つの第２レンズ部５１が形成される。

次に、図３を参照しながら、第１レンズ部６１及び第２レンズ部５１について、さらに詳細に説明する。
図３は、ラージ拡散配光パターンを形成する第１レンズ部６１及び第２レンズ部５１を示した図である。
なお、図３では、第１レンズ部６１及び第２レンズ部５１について入射面６２、５２及び出射面６３、５３の面形状だけを示すようにしている。
また、図３において、第２レンズ部５１の出射面５３から照射される光線について出射面５３の中央側が少なくなっている。これは、単に光源３０（発光チップ３２）から等ピッチで光線を描いた時に、その光線が出射面５３の中央側から出射しないためである。本来は隙間なく無数に光源３０（発光チップ３２）からは光線が出ることになるので、当然、それらの光線の中には、出射面５３の中央側から出射するものがある。
つまり、単に光線を描く時の間引きの関係で出射面５３の中央側から出射する光線が少ないような図示になっているだけである。

図３では、ラージ拡散配光パターンを形成するための光源３０の発光チップ３２と、第１レンズ部６１の入射面６２及び出射面６３と、第２レンズ部５１の入射面５２及び出射面５３とを示しており、発光チップ３２からの光が第１レンズ部６１及び第２レンズ部５１で、どのように配光制御されているかを示したものになっている。

図３において、Ｚは光源３０（発光チップ３２）からの光の光軸（以下、光源光軸Ｚと記載する）を示しており、Ｘは光源光軸Ｚに直交する水平方向軸Ｘを示している。
また、図３において、Ｐは、第２レンズ部５１の基本焦点Ｐ（後方焦点）を示し、Ｃは、第２レンズ部５１と第２レンズ部５１の基本焦点Ｐとを結ぶコーンＣを示している。

図３に示すように、第２レンズ部５１は、光源３０の近くに配置するために、第２レンズ部５１の基本焦点Ｐは、発光チップ３２よりもかなり後方側に位置する。

そして、図３を見るとわかる通り、発光チップ３２のライトコーンＬＣ（光の広がり）は第２レンズ部５１と第２レンズ部５１の基本焦点Ｐとを結ぶコーンＣよりも急激に広がる状態となっており、コーンＣの広がり方とライトコーンＬＣの広がり方とが一致していない。

そこで、発光チップ３２と第２レンズ部５１との間に、発光チップ３２（光源３０）からのライトコーンＬＣを第２レンズ部５１と第２レンズ部５１の基本焦点Ｐとを結ぶコーンＣの広がり状態に合わせるように変換する第１レンズ部６１を配置するようにしている。

しかしながら、図３を見るとわかるように、第１レンズ部６１の水平方向外側の入射面６２に入射する光については、コーンＣの広がり状態と同様な広がり角度の状態に変換しても第２レンズ部５１の入射面５２の外側に照射されることになる。

そこで、さらに、第１レンズ部６１は、第１レンズ部６１の水平方向外側の入射面６２に入射する光源３０（発光チップ３２）からの光を第２レンズ部５１の水平方向外側の入射面５２に入射させるように内向きに変換して第２レンズ部５１に照射するように形成されている。

具体的には、光源光軸Ｚを基準として、第１レンズ部６１の入射面６２に対する光源３０（発光チップ３２）からの光の照射角度θが３５度以上となる第１レンズ部６１の水平方向外側の入射面６２に入射する光について、出射面６３から光が出射するときに、出射した光が第２レンズ部５１の水平方向外側の入射面５２に入射するように内向きに変換して照射するように、出射面６３が形成されている。

なお、本実施形態では、照射角度θが３５度以上となる第１レンズ部６１の水平方向外側の入射面６２に入射する光について、内向きに変換して第２レンズ部５１に照射するようにしないと入射面５２に入射しないため、照射角度θが３５度以上となる第１レンズ部６１の水平方向外側の入射面６２に入射する光を内向きに変換して第２レンズ部５１に照射するようにしている。しかし、照射角度θが３５度以上であることが必須の要件でないことは言うまでもない。

上述のように、第１レンズ部６１の水平方向外側の入射面６２に入射する光で、コーンＣの広がり状態と同様な広がり角度の状態に変換したときに、第２レンズ部５１の入射面５２よりも外側に照射されることになる光が入射する第１レンズ部６１の水平方向外側の入射面６２に入射する光について内向きに変換して第２レンズ部５１に照射するようにすればよい。

ここで、第１レンズ部６１を設けない場合について考える。まず、第２レンズ部５１の基本焦点Ｐが光源３０の発光中心若しくは発光中心近傍に位置するようにするためには、第２レンズ部５１をかなり前方に配置するようにする必要がある。そして、第２レンズ部５１に光源３０（発光チップ３２）からの光を無駄なく入射するようにするためには、光源３０（発光チップ３２）のライトコーンＬＣの広がりに合わせるように大きな第２レンズ部５１とする必要がある。

一方、本実施形態では、第２レンズ部５１と光源３０との間に、後方焦点距離が短くなるように形成して光源３０に近づけて配置できるようにした第１レンズ部６１を設けている。この第１レンズ部６１によって、光源３０（発光チップ３２）のライトコーンＬＣの広がりを第２レンズ部５１と第２レンズ部５１の基本焦点Ｐとを結ぶコーンＣの広がり状態と同様な広がり角度の状態に変換する。さらに、その変換だけでは第２レンズ部５１の入射面５２から外れることになる第１レンズ部６１の水平方向外側の入射面６２に入射する光を第２レンズ部５１の水平方向外側の入射面５２に入射させるように内向きに変換して第２レンズ部５１に照射するようにしている。

したがって、第２レンズ部５１を大幅に光源３０に近づけて配置することができるとともに、第２レンズ部５１の大きさも大幅に小さくすることが可能となり、灯具ユニット１０の小型化が可能となるので、車両用灯具としての小型化が行えるようになる。

また、光源３０（発光チップ３２）からの光を無駄なく第２レンズ部５１に入射させることができるので光の利用効率の高い灯具ユニット１０、つまり、光の利用効率の高い車両用灯具とすることが可能となる。

次に、第２レンズ部５１の配光制御について見てみると、第２レンズ部５１は、中央側から水平方向外側に向かって光を外側から内側に照射するように形成されている。

より具体的には、第２レンズ部５１の入射面５２は、中央よりも水平方向外側で光源３０側に向かって凸状となる２つの凸状の部分を有している。それらの凸状が繋がる部分である中央が内側に凹む形状に形成されることで、第２レンズ部５１の入射面５２の中央側に入射した光が出射面５３から水平方向外側に照射され、第２レンズ部５１の入射面５２の水平方向外側に入射する光が内側（光源光軸Ｚ）側に照射されるようになっている。
なお、以降において、このように中央側では外側に光を照射し、途中で折り返して外側では内側に光を照射するようにした配光制御のことをオープンクロス配光制御と言う場合がある。

このようにすることで、前述した第１レンズ部６１によって、第２レンズ部５１の入射面５２の水平方向外側に入射させるようにした光を配光パターンの中央側に活用できるようになる。

図４は、各光源からの光で形成されるスクリーン上での配光パターンの状態を等光度線で示したものである。
なお、図４では上側にスクリーン上での配光パターンを示すとともに、下側に図３と同様の図を示したものとなっており、ＶＵ－ＶＤ線は垂直線を示し、ＨＬ－ＨＲ線は水平線を示している。
図４（ａ）は上述したラージ拡散配光パターンを示したものであり、図４（ｂ）はミドル拡散配光パターンを示したものであり、図４（ｃ）はショート拡散配光パターンを示したものである。

図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すミドル拡散配光パターン及びショート拡散配光パターンを形成するためには、基本的な構成は、ラージ拡散配光パターンを形成する部分と同様として、第２レンズ部５１の入射面５２の形状を配光パターンの水平方向の広がりなどに合わせて調節するようにすれば良い。

具体的には、ミドル拡散配光パターン及びショート拡散配光パターンを形成する部分においても、上述したように、オープンクロス配光制御を行う。このため、第２レンズ部５１の入射面５２が、中央よりも水平方向外側で光源３０側に向かって凸状となる２つの凸状の部分を有する点はラージ拡散配光パターンを形成する部分と同じであるが、凸状の曲率は配光パターンの水平方向の広がりに合わせるように緩やかにすればよい。

なお、ミドル拡散配光パターン及びショート拡散配光パターンを形成する第２レンズ部５１の入射面５２の中央側は、上述のように、凸状の曲率を緩やかにしているために、内側への凹みが小さくなっている。

このように形成されたラージ拡散配光パターン、ミドル配光パターン、及び、ショート拡散配光パターンが多重されることでハイビーム配光パターンが形成されることになる。

ところで、このように複数の配光パターンを多重するようにすると、配光パターンが重なった部分は、その分だけ光度が高くなり、重なって形成されていない部分はその分だけ光度が低くなる。

このため、ラージ拡散配光パターンだけで形成される部分とミドル拡散配光パターンが多重されている部分とでは、ミドル拡散配光パターンの外周輪郭を境に光度差が現れ、ミドル拡散配光パターンの外周輪郭に沿った光度差に起因するスジが現れる場合がある。

また、同様にショート拡散配光パターンの外周輪郭に沿った光度差に起因するスジが現れる場合がある。
そこで、そのようなスジが現れないようにするために、ミドル拡散配光パターン及びショート拡散配光パターンの外周輪郭を暈すようにすることが好適である。

一方、ラージ拡散配光パターンの外周輪郭に関しては、上述のスジとは、別に、明暗がハッキリした外周輪郭を形成すると、外周輪郭を境に急激に暗くなるため視認性が低下する。
このため、ラージ拡散配光パターンにおいても外周輪郭を暈すようにすることが好適である。

そこで、以下では、図５を参照しながら、配光パターンの端を暈す方法について説明する。
図５は、第１レンズ部６１の入射面６２について、水平方向及び鉛直方向の光源３０（発光チップ３２）から照射される光の照射角度が５０度の範囲内を模式的に示した図である。

図５において、Ｘは、上述したのと同様に、光源光軸Ｚに直交する水平方向軸Ｘを示しており、実際は、点として示されている光源光軸Ｚ上に位置する発光チップ３２を説明のために水平方向軸Ｘ上に記載している。
また、Ｙは、光源光軸Ｚ及び水平方向軸Ｘに直交する鉛直方向軸Ｙを示しており、同様に、点として示されている光源光軸Ｚ上に位置する発光チップ３２を説明のために鉛直方向軸Ｙ上に記載している。

図３を参照しながら説明したように、第１レンズ部６１は、光源３０（発光チップ３２）のライトコーンＬＣ（図３参照）を第２レンズ部５１と第２レンズ部５１の基本焦点Ｐとを結ぶコーンＣに変換するようにしている。一方、図５に点と点とを結ぶ直線で示す第１レンズ部６１の入射面６２の部分については、第２レンズ部５１側から見たときに、第２レンズ部の焦点位置が、基本焦点Ｐに対して、ほぼ図５中に示されるプラス・マイナスの数値（単位はｍｍである）の距離分だけ鉛直方向に焦点ズレするように入射面６２が形成されている。
なお、図５の数値がプラスであるものは、鉛直方向上側への焦点ズレを示し、マイナスであるものは鉛直方向下側への焦点ズレを示している。

つまり、図５では水平方向軸Ｘから入射面６２に対して線を引いて角度θ’を示しているが、この角度は、光源光軸Ｚを基準として、光源３０（発光チップ３２）から入射面６２に照射される光の照射角度が鉛直方向で角度θ’以内の範囲であることを示している。そして、光源光軸Ｚを基準として、光源３０（発光チップ３２）から入射面６２に照射される光の照射角度が所定角度θ’以下の範囲内にある入射面６２は、焦点位置を鉛直方向にズラすように形成されている。本実施形態では、所定角度θ’を２５度としている。

なお、図５に示す入射面６２の鉛直方向の全体の範囲は、上述のように、光源光軸Ｚを基準として光源３０（発光チップ３２）から入射面６２に照射される光の照射角度が５０度（鉛直方向上側５０度、下側５０度）の範囲になっている。

一方、図５では鉛直方向軸Ｙから入射面に対して線を引いて角度αを示しているが、この角度は、光源光軸Ｚを基準として、光源３０（発光チップ３２）から入射面６２に照射される光の照射角度が水平方向で角度α以内の範囲であることを示している。図５に示す入射面６２の水平方向の全体の範囲は、上述のように、光源３０（発光チップ３２）から入射面６２に照射される光の照射角度が５０度（水平方向左側５０度、右側５０度）である。

そして、焦点位置を鉛直方向にズラす構成は、水平方向で見たときには、図５に示すように、入射面６２の水平方向の全体の範囲に設けられているが、光源光軸Ｚを基準として光源３０（発光チップ３２）から入射面６２に照射される水平方向の光の照射角度が角度α（２５度）以内の近軸エリアと、２５度より外側のエリアとで異なるようにしている。

このように入射面６２の一部に焦点位置を鉛直方向にズラす部分を形成することによって、この部分に入射した光は、わずかに上下に振られるように前方側に照射されることになり、配光パターンの端を暈すことができるようになる。
また、比較的シンプルな面形状とすることができる第１レンズ部６１の入射面６２に暈すための構造を形成するようにすることで、出射面５３の形状に応じて所定の配光パターンを形成するように設計される第２レンズ部５１の入射面５２に、配光パターンの端を暈すための構成をさらに加えるようなことを行わなくて済む。これにより、第２レンズ部５１で無理に暈すための配光制御を行わなくてよい。

以上のような構成からなる灯具ユニット１０によって形成されるスクリーン上でのハイビーム配光パターンを等光度線で示したものを図６に示す。
なお、図６において、ＶＵ－ＶＤ線は垂直線を示し、ＨＬ－ＨＲ線は水平線を示している。

上述のように、ラージ拡散配光パターンの外周輪郭を暈すようにしたことで、図６に示すように、ハイビーム配光パターンの外周近傍には複数の等光度線が見られ、緩やかに光度が低下する状態になっていることがわかる。
このため、ハイビーム配光パターンの外側が急激に暗くなることが抑制されており、視認性の良いハイビーム配光パターンになっていることがわかる。
また、ミドル拡散配光パターンの外周輪郭を暈すようにしたことで、ラージ拡散配光パターンだけで構成される部分とミドル拡散配光パターンが多重された部分との境界に現れる光度差に伴うスジもハイビーム配光パターンには現れていない。また、ショート拡散配光パターンの外周輪郭を暈すようにしたことで、同様に、ショート拡散配光パターンが多重された部分とそうでない部分との境界に現れる光度差に伴うスジもハイビーム配光パターンには現れていない。したがって、良好なハイビーム配光パターンが形成されている。

なお、上述のように、ラージ拡散配光パターン、ミドル拡散配光パターン、及びショート拡散配光パターンのそれぞれをオープンクロス配光制御で形成するようにして多重させるようにすることで各配光パターンの分光色が混ざり合い、ハイビーム配光パターンにおいて分光色を抑制した色むらの無い配光パターンとすることが可能である。

ところで、上記では、各拡散配光パターンを形成する部分が水平方向に並ぶように設けられた灯具ユニット１０について説明してきた。
この場合、各拡散配光パターンを形成する部分は、図７に示すように配置されることが好ましい。

図７は、灯具ユニット１０の正面図であり、図左側が車両内側で図右側が車両外側である。
図７に示すように、各配光パターンを多重することを考えると、最も広い幅の配光であるラージ拡散配光パターンを形成する部分は、灯具ユニット１０の中央に設けるようにし、灯具ユニット１０の水平方向端側にミドル拡散配光パターン及びショート拡散配光パターンを形成する部分を設けるようにするのが好適である。その際、車両内側のインナーパネルなどへの光の照射を抑制する観点から、ショート拡散配光パターンを形成する部分を水平方向の車両内側の端に設けるようにし、ミドル拡散配光パターンを形成する部分を水平方向の車両外側の端に設けるようにするのが好適である。

なお、ミドル拡散配光パターンを形成する部分を設けない場合は、上述の配置の状態のままミドル拡散配光パターンを形成する部分を無くせば良い。
つまり、車両内側にショート拡散配光パターンを形成する部分を位置させ、車両外側にラージ拡散配光パターンを形成する部分を位置させるようにすればよい。

一方、車両外側にロービーム用灯具ユニットが設けられ、本発明に係るハイビーム用の灯具ユニット１０が車両内側に設けられる場合には、灯具ユニット１０を図７に示す状態から９０度回転させたような縦型のものとして配置するようにして車両用灯具の幅方向のサイズを小さいものとすることが好適である。

なお、言うまでもないことと思われるが、灯具ユニット１０を縦型のものとする場合、上記で説明してきた発光チップ３２、第１レンズ部６１及び第２レンズ部５１の向き関係は、上述の水平方向及び鉛直方向の関係を維持するようにしなければ、形成される配光パターンの鉛直方向と水平方向とが入れ替わることになる。したがって、縦型の灯具ユニット１０とするためには、単純に向きを９０度回転させるのではなく、図７に示される各拡散配光パターンを形成する各部分がそのままの状態を維持するように、鉛直方向に積み重ねられるように形成される必要がある。

このように灯具ユニット１０を鉛直方向に縦長とする場合には、ラージ拡散配光パターンを形成する部分を鉛直方向下側に位置させ、ショート拡散配光パターンを形成する部分を鉛直方向の真ん中に位置させ、鉛直方向一番上にミドル拡散配光パターンを形成する部分を位置させるようにするのが好適である。

ラージ拡散配光パターンを形成する部分は、図４（ａ）に示したように、ミドル拡散配光パターンを形成する部分（図４（ｂ）参照）及びショート拡散配光パターンを形成する部分（図４（ｃ）参照）よりも第２レンズ部５１の入射面５２の中央側の凹みが大きくなるため、灯具ユニット１０を見るときに、あまり目視されない鉛直方向下側に配置するようにすることで見栄えを良くすることができる。

なお、ミドル拡散配光パターンを形成する部分（図４（ｂ）参照）及びショート拡散配光パターンを形成する部分（図４（ｃ）参照）は、第２レンズ部５１の入射面５２の中央側の凹みが小さいため、見栄えの点からすれば、どちらを鉛直方向上側に配置しても良い。

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い。
本実施形態では、焦点位置を鉛直方向にズレるようにする第１レンズ部６１の入射面６２の鉛直方向の範囲を、光源３０の光源光軸Ｚを基準として光源３０からの光の鉛直方向の照射角度が２５度以下となる範囲としたが、この範囲は、照射角度が２０度以上３０度以下の範囲から選ばれる所定角度θ’以下となる範囲とするようにすれば良い。

このように、本発明は具体的な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 ヒートシンク
２１ 表面
２２、２４、２６ ボス
２３、２５、２７ ネジ固定孔
３０ 光源
３１ アルミ実装基板
３２ 発光チップ
３３、４１ａ、４２ａ ボス孔
３４、４１ｂ、４２ｂ ネジ孔
４０ レンズホルダ
４１ 第１レンズホルダ
４２ 第２レンズホルダ
４３、４６、７１ 開口
４４ 受け部
４５、４８ 係止部
４７ 前面壁部
５０ 第２のレンズ
５１ 第２レンズ部
６０ 第１のレンズ
６１ 第１レンズ部
６２、５２ 入射面
６３、５３ 出射面
７０ シェード
Ｃ コーン
ＬＣ ライトコーン
Ｐ 基本焦点
Ｘ 水平方向軸
Ｙ 鉛直方向軸
Ｚ 光源光軸
１０１Ｌ、１０１Ｒ 車両用前照灯
１０２ 車両
 

Claims (8)

1. 半導体型の光源を有する光源部と、
   前記光源の前方に配置される第２レンズ部を有する第２のレンズと、
   前記光源と前記第２のレンズの間に配置され、前記光源のライトコーンを前記第２レンズ部と前記第２レンズ部の基本焦点とを結ぶコーンに変換する第１レンズ部を有する第１のレンズと、を備え、
   前記第１レンズ部は、前記第１レンズ部の水平方向外側の入射面に入射する前記光源からの光を前記第２レンズ部の水平方向外側の入射面に入射させるように内向きに変換して照射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. 前記第２レンズ部は、中央側から水平方向外側に向かって光を外側から内側に照射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。
3. 前記光源の光源光軸を基準として前記光源からの光の照射角度が所定角度以下となる前記第１レンズ部の鉛直方向の範囲内の入射面は、前記第２レンズ部側から見たときに、第２レンズ部の焦点位置が前記第２レンズ部の基本焦点に対して鉛直方向にズレ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. 前記第１レンズ部は、後方焦点距離が３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、
   前記第１のレンズは、前記第２のレンズよりも高耐熱性の材料で形成されており、
   前記第１のレンズは、第１レンズ部の後方焦点若しくは後方焦点近傍に前記光源の発光中心が位置するように配置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。
5. 前記第２のレンズは、アクリル系樹脂で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。
6. 前記光源に設けられる発光チップの一部に欠けがある場合には、欠けがある部分が鉛直方向下側に位置するように、前記発光チップが配置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。
7. 前記光源部には、複数の発光チップが設けられており、
   前記第１のレンズには、それぞれの前記発光チップに対応する複数の前記第１レンズ部が形成されているとともに、前記第２のレンズにもそれぞれの前記発光チップに対応する複数の前記第２レンズ部が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。
8. 車両外側に配置されるロービーム用灯具ユニットを備え、
   前記ロービーム用灯具ユニットの車両内側となる隣の位置に前記発光チップ、前記第１レンズ部および前記第２レンズ部が鉛直方向に並ぶように配置さ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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