WO2021039634A1 - レンズおよび灯具 - Google Patents

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健太 向島
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株式会社小糸製作所
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a lens.
  • the rotary reflector includes a rotary reflector that reflects light emitted from a light source and rotates in one direction about a rotation axis, and a light source composed of a light emitting element.
  • the rotary reflector is desired to have the light of the light source reflected while rotating.
  • An optical unit provided with a reflecting surface so as to form a light distribution pattern is known (see Patent Document 1).
  • This optical unit includes a first light source, a second light source, a rotation reflector that rotates about a rotation axis while reflecting the first light emitted from the first light source, and a first light source that is reflected by the rotation reflector. It includes a projection lens that projects the light of 1 in the light irradiation direction of the optical unit.
  • the second light source is arranged so that the emitted second light is incident on the projection lens without being reflected by the rotary reflector, and the projection lens projects the second light in the light irradiation direction of the optical unit. ..
  • the first light source of the above-mentioned optical unit includes a plurality of light emitting modules arranged in an array, and on the light emitting surface side of each light emitting module, a plurality of lens portions corresponding to the respective light emitting surfaces are used.
  • a condensing lens is arranged. Further, since the condensing light distribution pattern formed by the above-mentioned optical unit corresponds to the pattern of the light emitting surface (light emitting surface) of the condensing lens, the light emission of the condensing lens is required to widen the irradiation area. The surface itself needs to be widened. Further, depending on the shape of the light emitting surface of the condensing lens, a part of the light distribution pattern may be uneven.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and one of its exemplary purposes is to provide a new optical member capable of realizing a high-quality light distribution pattern.
  • the lens of a certain aspect of the present invention is a lens used for a lamp, and the lens has an exit surface divided into a plurality of light control surfaces.
  • the exit surface is a first emission region in which a plurality of first optical control surfaces are arranged in a predetermined direction among the plurality of optical control surfaces, and a plurality of optical control surfaces along with the first emission region. It has a second emission region in which a plurality of second optical control surfaces are arranged in a predetermined direction.
  • the boundary between the adjacent first optical control surfaces and the boundary between the adjacent second optical control surfaces are configured to be displaced in a predetermined direction.
  • the boundary between the adjacent first optical control surfaces and the boundary between the adjacent second optical control surfaces are not lined up linearly without interruption. Therefore, even if a dark portion (light unevenness) occurs in the image of the light emitting region due to the shape of the boundary between adjacent light control surfaces, one dark portion does not cross from one end of the image to the other.
  • a light emitting element a lens into which light emitted from the light emitting element is incident, and a rotating reflector that rotates around a rotation axis while reflecting the light transmitted through the lens may be provided.
  • the rotary reflector may form at least a part of the light distribution pattern by reflecting and scanning the light emission patterns of the first emission region and the second emission region. As a result, the streaky dark areas generated in the light distribution pattern can be reduced.
  • the rotary reflector may be configured to scan the light emission pattern in a direction intersecting a predetermined direction in which the first light control surface and the second light control surface are arranged.
  • At least one of the plurality of light control surfaces is a third light control surface located in front of the light emitting surface of the corresponding light emitting element, and the third light control surface is the first light control surface and the second light control surface. It may be adjacent to both of the optical control surfaces of. As a result, even if there is a first light control surface or a second light control surface provided for expanding the irradiation area other than the third light control surface located in front of the light emitting surface of the light emitting element, the light control surface is arranged.
  • the unevenness in the light pattern can be made inconspicuous.
  • the first light control surface and the second light control surface are configured so that the light emitted obliquely from the light emitting surface is incident on the lens and emitted toward the front to expand the light emitting region of the lens. May be good. As a result, even when a first light control surface or a second light control surface having discontinuous surface irregularities is provided in order to widen the irradiation region, unevenness in the light distribution pattern can be made inconspicuous.
  • a high quality light distribution pattern can be realized.
  • FIG. 5 is a side view of the optical member shown in FIG. 5 as viewed from the B direction.
  • 8 (a) is a side view of the optical member shown in FIG. 5 as viewed from the C direction
  • FIG. 8 (b) is a side view of the optical member shown in FIG. 5 as viewed from the D direction.
  • FIG. 5 is a side view of the optical member shown in FIG. 5 as viewed from the B direction.
  • FIG. 10A is a schematic diagram showing an irradiation range in which the light emitting region of the first light source according to the present embodiment is reflected and projected in a state where the rotary reflector is stationary
  • FIG. 10B is the present embodiment. It is a schematic diagram of the light distribution pattern formed by the optical unit which concerns on. 11 (a) is a top view of the condensing lens
  • FIG. 11 (b) is a schematic view and a diagram showing a light distribution pattern in which the light emitting region of the condensing lens is reflected and projected with the rotating reflector stationary.
  • FIG. 11 (c) is a schematic diagram of a light distribution pattern formed by an optical unit having a condensing lens.
  • FIG. 12A shows a top view of the condensing lens according to the embodiment, and
  • FIG. 12B shows a light distribution pattern in which the light emitting region of the condensing lens is reflected and projected while the rotating reflector is stationary.
  • the schematic diagram, FIG. 12C is a schematic diagram of a light distribution pattern formed by an optical unit having a condensing lens.
  • the optical unit having the lens unit according to the present embodiment can be used for various vehicle lamps. First, an outline of a vehicle headlight on which an optical unit according to an embodiment described later can be mounted will be described.
  • FIG. 1 is a horizontal sectional schematic view of a vehicle headlight according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a front view of the vehicle headlight according to the present embodiment. In addition, in FIG. 2, some parts are omitted.
  • the vehicle headlight 10 is a right-hand headlight mounted on the right side of the front end of the automobile, and has the same structure as the headlight mounted on the left side, except that it is symmetrical. .. Therefore, in the following, the vehicle headlight 10 on the right side will be described in detail, and the description of the vehicle headlight on the left side will be omitted.
  • the vehicle headlight 10 includes a lamp body 12 having a recess that opens toward the front.
  • the front opening of the lamp body 12 is covered with a transparent front cover 14, and a lamp chamber 16 is formed.
  • the light room 16 functions as a space in which one optical unit 18 is housed.
  • the optical unit 18 is a lamp unit configured to irradiate a variable high beam.
  • the variable high beam means one that is controlled so as to change the shape of the light distribution pattern for the high beam.
  • a non-irradiation region can be generated in a part of the light distribution pattern.
  • the light distribution pattern is, for example, an irradiation region formed by the lamp on a screen (virtual screen) installed 25 to 50 m in front of the lamp.
  • the optical unit 18 serves as a primary optical system (optical member) that changes the optical paths of the first light source 20 and the first light L1 emitted from the first light source 20 so as to direct them toward the blade 22a of the rotary reflector 22.
  • the light irradiation direction of the optical unit is the light-collecting lens 24, the rotary reflector 22 that rotates around the rotation axis R while reflecting the first light L1, and the first light L1 reflected by the rotary reflector 22 (FIG.
  • a convex lens 26 as a projection lens to be projected in the right direction
  • a second light source 28 arranged between the first light source 20 and the convex lens 26, and a second light L2 emitted from the second light source 28.
  • It is provided with a diffusion lens 30 as a primary optical system (optical member) for changing the optical path of the light path to direct the convex lens 26, and a heat sink 32 equipped with a first light source 20 and a second light source 28.
  • LEDs Semiconductor light emitting elements such as LEDs, ELs, and LDs are used for each light source.
  • a plurality of LEDs 20a are arranged in an array on the circuit board 33. Each LED 20a is individually configured to be turned on and off.
  • the second light source 28 In the second light source 28 according to the present embodiment, two LEDs 28a are arranged side by side in an array in the horizontal direction, and each LED 28a is individually configured to be able to be turned on and off. Further, the second light source 28 is arranged so that the second light L2 is not reflected by the rotary reflector 22 and is incident on the convex lens 26. As a result, the optical characteristics of the second light L2 emitted from the second light source 28 can be selected without considering that the second light L2 is reflected by the rotary reflector 22.
  • the second light source 28 can be applied to the region outside the vehicle. It can be used as a light source to irradiate.
  • the rotary reflector 22 is rotated in one direction around the rotation shaft R by a drive source such as a motor 34. Further, in the rotary reflector 22, two blades 22a having the same shape are provided around the tubular rotating portion 22b.
  • the blade 22a functions as a reflecting surface configured to rotate the light emitted from the first light source 20 and scan the front with the reflected light to form a desired light distribution pattern.
  • the rotation axis R of the rotation reflector 22 is oblique with respect to the optical axis Ax, and is provided in a plane including the optical axis Ax and the first light source 20.
  • the rotation axis R is provided substantially parallel to the scanning plane of the light (irradiation beam) of the LED 20a that scans in the left-right direction by rotation.
  • the optical unit can be made thinner.
  • the scanning plane can be regarded as, for example, a fan-shaped plane formed by continuously connecting the trajectories of the light of the LED 20a which is the scanning light.
  • the shape of the convex lens 26 may be appropriately selected according to the required light distribution pattern, illuminance distribution, and other light distribution characteristics, but an aspherical lens or a free-curved lens can also be used.
  • an aspherical lens or a free-curved lens can also be used.
  • the convex lens 26 according to the present embodiment by devising the arrangement of each light source and the rotary reflector 22, it is possible to form a notched portion 26a in which a part of the outer circumference is notched in the vertical direction. ing. Therefore, the size of the optical unit 18 in the vehicle width direction can be suppressed.
  • the blade 22a of the rotary reflector 22 is less likely to interfere with the convex lens 26, and the convex lens 26 and the rotary reflector 22 can be brought close to each other.
  • a non-circular (straight line) portion is formed on the outer periphery of the convex lens 26, so that the outer shape is a combination of a curved line and a straight line when viewed from the front of the vehicle. It is possible to realize a vehicle headlight with a novel design that has a lens.
  • FIG. 3 is a top view of the circuit board according to the present embodiment.
  • the circuit board 33 according to the present embodiment has eight LEDs 20a1 (20a) that illuminate the area including the HU line of the high beam light distribution pattern, and two LEDs 20a2 (20a) that illuminate the area above the HH line. 20a) and are implemented.
  • the vertical and front-back directions shown in FIG. 3 are the forward direction with the optical axis Ax direction of the vehicle headlight 10.
  • FIG. 4 is a perspective view of the optical member.
  • FIG. 5 is a front view of the optical member.
  • FIG. 6 is a rear view of the optical member.
  • FIG. 7 is a side view of the optical member shown in FIG. 5 as viewed from the B direction.
  • 8 (a) is a side view of the optical member shown in FIG. 5 as viewed from the C direction
  • FIG. 8 (b) is a side view of the optical member shown in FIG. 5 as viewed from the D direction.
  • the vertical and front-back directions shown in FIG. 5 are in the front direction with respect to the optical axis Ax direction of the vehicle headlight 10.
  • the optical member 40 has a condensing lens 24 as an optical control unit that controls light incident from the back side 24a and emits light from the front side 24b, and a plate-shaped base 42 adjacent to the condensing lens 24.
  • the condensing lens 24 has eight lens portions 24c1 corresponding to the light emitted from each of the eight LEDs 20a1 and two lens portions 24c2 corresponding to the light emitted from the two LEDs 20a2.
  • controlling light means, for example, directing light to a desired pattern, direction, or region.
  • the distance between the light emitting surface of the LED 20a and the incident surface of the condensing lens 24 according to the present embodiment is about 0.2 to 1 mm, preferably about 0.2 to 0.5 mm.
  • the thickness of the base 42 is about 1 mm to 5 mm, preferably about 2 to 3 mm.
  • the diameter of the dome-shaped lens portion 24c2 is about 2 to 4 mm.
  • the lens portions 24c1, 24c2 in the optical member 40 have a shape that collects light by refracting the transmitted light.
  • the lens portion 24c1 has a convex shape on both the back side 24a and the front side 24b.
  • the lens portion 24c2 has an expansion lens portion 24c3 described later.
  • the surface region of the front side 24b through which the light emitted from the LED 20a is transmitted and emitted functions as a light emitting surface of a pseudo light source.
  • the optical member 40 is an injection-molded product made of a transparent material, and for example, heat-resistant silicone, acrylic, polycarbonate, glass, or the like can be used.
  • heat-resistant silicone heat-resistant temperature 180 ° C. or higher
  • glass is used from the viewpoint of heat resistance.
  • heat-resistant silicone which is relatively easy to forcibly remove from the mold, is more preferable. As a result, even an optical member having a somewhat complicated shape can be manufactured by a simple mold configuration and a manufacturing method.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line EE of the optical member shown in FIG.
  • the optical unit 18 has a first light source 20 in which a plurality of LEDs 20a1 and 20a2 are arranged in an array, and a plurality of lens portions 24c1, 24c2 corresponding to each of the plurality of LEDs 20a1 and 20a2. It includes an optical member 40 that collects the light emitted from the 20 and a convex lens 26 that projects the light transmitted through the optical member 40 as a light distribution pattern in the light irradiation direction of the optical unit.
  • At least one of the plurality of lenses included in the optical member 40 is a lens having a condensing lens portion 24c2 located in front of the light emitting surface of the corresponding LED 20a2 and light L1'emitted obliquely from the light emitting surface. It has an extended lens portion 24c3 that expands the light emitting region of the lens by emitting light toward the front. As shown in FIG. 9, the extended lens portion 24c3 is made into a Fresnel lens. As a result, the expansion lens portion 24c3 can be made thinner.
  • the extended lens portion 24c3 made into a Fresnel lens has a length of 3 to 5 mm, a width of 3 to 5 mm in a front view, and a height of about 3 to 5 mm in a side view.
  • FIG. 10 (a) is a schematic view showing an irradiation range in which the light emitting region of the first light source according to the present embodiment is reflected and projected in a state where the rotating reflector is stationary, and FIG. 10 (b) is formed by an optical unit. It is a schematic diagram of the light distribution pattern.
  • the optical unit 18 when all the LEDs 20a of the first light source 20 are turned on while the rotation of the rotation reflector 22 is stopped, the surfaces of the eight lens portions 24c1 and the two lens portions 24c2 of the condensing lens 24 are exposed. It becomes a light emitting area. Then, the image of the light emitting region is reflected on the surface of the stationary rotary reflector 22 and projected forward through the convex lens 26 (see FIG. 10A).
  • each light emitted from the eight lens units 24c1 forms eight rectangular irradiation regions R1 on the HH line. Further, each light emitted from the lens unit 24c2 and the extended lens unit 24c3 forms two rectangular irradiation regions R2 above the irradiation region R1. Since the extended lens portion 24c3 extends the light emitting region of the lens portion 24c2 in the vertical direction, the irradiation region R2 is a rectangular region having a long vertical direction.
  • the condensing lens 24 having only the lens portion 24c it is possible to irradiate only the range up to about + 4 ° in the vertical direction on the screen in front of the vehicle.
  • the condensing lens 24 having the expansion lens portion 24c3 in it is possible to irradiate a range up to about + 6 ° in the vertical direction on the screen in front of the vehicle.
  • the high beam light distribution pattern PH is formed by superimposing the partial distribution light patterns P1 and P2.
  • the rotary reflector 22 forms a part or all of the high beam light distribution pattern PH by reflecting and scanning the pattern in the light emitting region of the condensing lens 24.
  • the optical unit 18 forms an upper region P2'of the high beam light distribution pattern PH by reflecting and scanning the pattern of the portion (region R2') corresponding to the extended lens portion 24c3 in the light emitting region of the condensing lens 24. To do. As a result, the irradiation region of the high beam light distribution pattern PH in the vertical direction can be further expanded.
  • the optical member 40 is configured such that a virtual image by the rotating reflector 22 in the light emitting region of the condensing lens 24 is located near the focal point of the convex lens 26.
  • the optical member 40 may be configured so that the light emitting region of the condensing lens 24 is located near the focal point of the convex lens 26. As a result, the light emitting region of the condensing lens 24 is projected in front of the convex lens 26 as a light source.
  • FIG. 11A is a top view of the condensing lens 24, and FIG. 11B is a schematic view showing a light distribution pattern in which the light emitting region of the condensing lens 24 is reflected and projected while the rotating reflector is stationary.
  • 11 (c) is a schematic diagram of a light distribution pattern formed by an optical unit having a condensing lens 24.
  • the condensing lens 24 is an extended lens portion that expands the light emitting region of the lens by incident light L1'emitted obliquely from the light emitting surface and emitting it toward the front of the lens. It has 24c3.
  • the extended lens portion 24c3 has three light control surfaces that are made into Fresnel lenses in order to make the lens itself thinner. Therefore, the exit surface of the extended lens portion 24c3 is uneven, and there is a clear boundary between adjacent light control surfaces.
  • a continuous dark portion (light unevenness) occurs in a part of the image in the light emitting region of the condensing lens 24 from one end to the other.
  • a streaky dark portion is also generated in the light distribution pattern obtained by scanning the image of the light emitting region shown in FIG. 11 (b), so that a high-quality light distribution pattern can be realized. From this point of view, further improvement is needed.
  • Example 12 (a) is a top view of the condensing lens 50 according to the embodiment, and FIG. 12 (b) is a light distribution pattern in which the light emitting region of the condensing lens 50 is reflected and projected with the rotating reflector stationary.
  • 12 (c) is a schematic diagram of a light distribution pattern formed by an optical unit having a condensing lens 50.
  • the condensing lens 50 has an exit surface 52 divided into a plurality of light control surfaces.
  • the exit surface 52 has a plurality of second emission regions 54, along with a first emission region 54 in which a plurality of first optical control surfaces 54a are arranged in a predetermined direction X, and a first emission region 54.
  • the light control surface 56a of the above has a second emission region 56, which is arranged in a predetermined direction X.
  • the boundary B1 between the adjacent first optical control surfaces 54a and the boundary B2 between the adjacent second optical control surfaces 56a are configured to be displaced in the predetermined direction X.
  • the boundary B1 between the adjacent first optical control surfaces 54a and the boundary B2 between the adjacent second optical control surfaces 56a do not line up linearly without interruption. Therefore, even if a dark portion (light unevenness) occurs in the image of the light emitting region as shown in FIG. 12B due to the shape of the boundary between the adjacent light control surfaces (particularly the discontinuous shape). , One dark area does not continuously cross the image from end to end.
  • the vehicle headlight 10 is centered on the rotation axis while reflecting the LED 20a, the condensing lens 50 into which the light emitted from the LED 20a is incident, and the light transmitted through the condensing lens 50.
  • a rotary reflector 22 that rotates around the lens may be provided.
  • the rotary reflector 22 forms at least a part of the light distribution pattern by reflecting and scanning the light emission patterns of the first emission region 54 and the second emission region 56. As a result, as shown in FIG. 12 (c), the streaky dark portion (see FIG. 11 (c)) generated in the light distribution pattern can be reduced.
  • the rotary reflector 22 has a direction Y in which the first optical control surface 54a and the second optical control surface 56a shown in FIG. 12B intersect with respect to a predetermined direction X in which the first optical control surface 54a and the second optical control surface 56a are arranged. It is preferable that the light emission pattern is scanned.
  • At least one of the plurality of light control surfaces is a dome-shaped third light control surface 58 located in front of the light emitting surface of the corresponding LED 20a.
  • the optical control surface 58 of 3 is adjacent to both the first optical control surface 54a and the second optical control surface 56a.
  • the first light control surface 54a and the second light control surface 56a have the same as the above-mentioned extended lens portion 24c3, in which light emitted obliquely from the light emitting surface is emitted. It is configured to expand the light emitting region of the lens by incident on the lens and emitting light toward the front. As a result, even when the first light control surface 54a and the second light control surface 56a having discontinuous surface irregularities are provided in order to widen the irradiation region, unevenness in the light distribution pattern can be made inconspicuous.
  • the present invention has been described above with reference to the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the configuration of the embodiment may be appropriately combined or replaced. It is included in the present invention. Further, it is also possible to appropriately rearrange the combination and the order of processing in the embodiment based on the knowledge of those skilled in the art, and to add modifications such as various design changes to the embodiment, and such modifications are added. Such embodiments may also be included in the scope of the present invention.
  • the rotary reflector 22 having the blade 22a is used, but a polygon mirror may be used instead of the rotary reflector 22.
  • a MEMS mirror resonant mirror
  • a DMD Digital Micromirror Device in which a large number of movable micromirror surfaces (micromirrors) are arranged in a matrix may be used.
  • the combination of the light source having a plurality of light emitting elements and the optical member having a plurality of first lenses is described, but the light source having one light emitting element and the first lens It may be a combination with an optical member having one. Also in this aspect, since the light emitting region of the first lens is expanded by the extended lens unit 24c3, the irradiation region of the light distribution pattern can be expanded.
  • the present invention can be used for vehicle lamps.
  • B1, B2 boundary 10 vehicle headlights, 18 optical units, 20 first light sources, 20a LEDs, 22 rotating reflectors, 24 condensing lenses, 25 lighting fixture fronts, 26 convex lenses, 28 second light sources, 28a LEDs , 30 diffusion lens, 33 circuit board, 40 optical member, 50 condensing lens, 52 emission surface, 54 first emission area, 54a first light control surface, 56 second emission area, 56a second Optical control surface, 58 Third optical control surface.

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Abstract

集光用レンズ５０は、複数の光制御面に分割された出射面５２を有する。出射面５２は、複数の第１の光制御面５４ａが所定方向に配列されている第１の出射領域５４と、第１の出射領域５４と並んで、複数の第２の光制御面５６ａが所定方向に配列されている第２の出射領域５６と、を有する。隣接する第１の光制御面５４ａ同士の境界Ｂ１と、隣接する第２の光制御面５６ａ同士の境界Ｂ２とが、所定方向Ｘにおいてずれるように構成されている。

Description

レンズおよび灯具
　本発明は、レンズに関する。
　近年、光源から出射した光を車両前方に反射し、その反射光で車両前方の領域を走査することで所定の配光パターンを形成する装置が考案されている。例えば、光源から出射した光を反射しながら回転軸を中心に一方向に回転する回転リフレクタと、発光素子からなる光源と、を備え、回転リフレクタは、回転しながら反射した光源の光が所望の配光パターンを形成するよう反射面が設けられている光学ユニットが知られている（特許文献１参照）。
　この光学ユニットは、第１の光源と、第２の光源と、第１の光源から出射した第１の光を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタと、回転リフレクタで反射された第１の光を光学ユニットの光照射方向に投影する投影レンズと、を備える。第２の光源は、出射した第２の光が回転リフレクタで反射されずに投影レンズに入射するように配置されており、投影レンズは、第２の光を光学ユニットの光照射方向に投影する。
特開２０１８－６７５２３号公報
　ところで、前述の光学ユニットが有する第１の光源は、アレイ状に配列された複数の発光モジュールを備えており、各発光モジュールの発光面側には、各発光面に対応する複数のレンズ部からなる集光用レンズが配置されている。また、前述の光学ユニットが形成する集光配光パターンは、集光用レンズの発光面（光出射面）のパターンに対応しているため、照射領域を広げるためには集光用レンズの発光面自体を広げる必要がある。また、集光用レンズの発光面の形状によっては、配光パターンの一部にムラが生じる可能性もある。
　本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、高品質な配光パターンを実現できる新たな光学部材を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様のレンズは、灯具に用いられるレンズであって、レンズは、複数の光制御面に分割された出射面を有する。出射面は、複数の光制御面のうち複数の第１の光制御面が所定方向に配列されている第１の出射領域と、第１の出射領域と並んで、複数の光制御面のうち複数の第２の光制御面が所定方向に配列されている第２の出射領域と、を有する。隣接する第１の光制御面同士の境界と、隣接する第２の光制御面同士の境界とが、所定方向においてずれるように構成されている。
　この態様によると、隣接する第１の光制御面同士の境界と、隣接する第２の光制御面同士の境界とが、途切れずに直線的に並ばない。したがって、仮に、隣接する光制御面同士の境界の形状に起因して、発光領域の像に暗部（光ムラ）が生じたとしても、一つの暗部が像の端から端まで横切らなくなる。
　発光素子と、発光素子から出射した光が入射するレンズと、レンズを透過した光を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタと、を備えてもよい。回転リフレクタは、第１の出射領域および第２の出射領域の発光パターンを反射し走査することで配光パターンの少なくとも一部を形成してもよい。これにより、配光パターンに生じる筋状の暗部を低減できる。
　回転リフレクタは、第１の光制御面および第２の光制御面が配列されている所定方向に対して交差する方向に発光パターンを走査するように構成されていてもよい。
　複数の光制御面のうち少なくとも一つは、対応する発光素子の発光面の正面に位置する第３の光制御面であり、第３の光制御面は、第１の光制御面および第２の光制御面の両方と隣接していてもよい。これにより、発光素子の発光面の正面に位置する第３の光制御面以外の、照射領域を広げるために設けられた第１の光制御面や第２の光制御面があっても、配光パターンにおけるムラを目立たなくできる。
　第１の光制御面および第２の光制御面は、発光面から斜めに出射した光がレンズに入射し正面に向けて出射することで該レンズの発光領域を拡張するように構成されていてもよい。これにより、照射領域を広げるために表面の凹凸が不連続な第１の光制御面や第２の光制御面を設けた場合であっても、配光パターンにおけるムラを目立たなくできる。
　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本発明によれば、高品質な配光パターンを実現できる。
本実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面概要図である。 本実施の形態に係る車両用前照灯の正面図である。 本実施の形態に係る回路基板の上面図である。 本実施の形態に係る光学部材の斜視図である。 本実施の形態に係る光学部材の正面図である。 本実施の形態に係る光学部材の背面図である。 図５に示す光学部材をＢ方向から見た側面図である。 図８（ａ）は、図５に示す光学部材をＣ方向から見た側面図、図８（ｂ）は、図５に示す光学部材をＤ方向から見た側面図である。 図５に示す光学部材のＥ－Ｅ断面図である。 図１０（ａ）は、本実施の形態に係る第１の光源の発光領域が回転リフレクタが静止した状態で反射投影された照射範囲を示す模式図、図１０（ｂ）は、本実施の形態に係る光学ユニットにより形成された配光パターンの模式図である。 図１１（ａ）は、集光用レンズの上面図、図１１（ｂ）は、集光用レンズの発光領域が回転リフレクタが静止した状態で反射投影された配光パターンを示す模式図、図１１（ｃ）は、集光用レンズを有する光学ユニットにより形成された配光パターンの模式図である。 図１２（ａ）は、実施例に係る集光用レンズの上面図、図１２（ｂ）は、集光用レンズの発光領域が回転リフレクタが静止した状態で反射投影された配光パターンを示す模式図、図１２（ｃ）は、集光用レンズを有する光学ユニットにより形成された配光パターンの模式図である。
　以下、本発明を実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述される全ての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
　本実施の形態に係るレンズユニットを有する光学ユニットは、種々の車両用灯具に用いることができる。はじめに、後述する実施の形態に係る光学ユニットを搭載可能な車両用前照灯の概略について説明する。
　（車両用前照灯）
　図１は、本実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面概要図である。図２は、本実施の形態に係る車両用前照灯の正面図である。なお、図２においては、一部の部品を省略してある。
　本実施の形態に係る車両用前照灯１０は、自動車の前端部の右側に搭載される右側前照灯であり、左側に搭載される前照灯と左右対称である以外は同じ構造である。そのため、以下では、右側の車両用前照灯１０について詳述し、左側の車両用前照灯については説明を省略する。
　図１に示すように、車両用前照灯１０は、前方に向かって開口した凹部を有するランプボディ１２を備えている。ランプボディ１２は、その前面開口が透明な前面カバー１４によって覆われて灯室１６が形成されている。灯室１６は、一つの光学ユニット１８が収容される空間として機能する。光学ユニット１８は、可変ハイビームを照射できるように構成されたランプユニットである。可変ハイビームとは、ハイビーム用の配光パターンの形状を変化させるように制御されているものをいい、例えば、配光パターンの一部に非照射領域（遮光部）を生じさせることができる。ここで、配光パターンとは、例えば、灯具が灯具前方２５～５０ｍに設置したスクリーン（仮想スクリーン）上に形成する照射領域である。
　光学ユニット１８は、第１の光源２０と、第１の光源２０から出射した第１の光Ｌ１の光路を変化させて回転リフレクタ２２のブレード２２ａに向かわせる１次光学系（光学部材）としての集光用レンズ２４と、第１の光Ｌ１を反射しながら回転軸Ｒを中心に回転する回転リフレクタ２２と、回転リフレクタ２２で反射された第１の光Ｌ１を光学ユニットの光照射方向（図１右方向）に投影する投影レンズとしての凸レンズ２６と、第１の光源２０と凸レンズ２６との間に配置された第２の光源２８と、第２の光源２８から出射した第２の光Ｌ２の光路を変化させて凸レンズ２６に向かわせる１次光学系（光学部材）としての拡散用レンズ３０と、第１の光源２０および第２の光源２８を搭載したヒートシンク３２と、を備える。
　各光源には、ＬＥＤ、ＥＬ、ＬＤなどの半導体発光素子が用いられる。本実施の形態に係る第１の光源２０は、回路基板３３上に、複数のＬＥＤ２０ａがアレイ状に配置されている。各ＬＥＤ２０ａは個別に点消灯可能に構成されている。
　本実施の形態に係る第２の光源２８は、２つのＬＥＤ２８ａがアレイ状に水平方向に並んで配置されており、各ＬＥＤ２８ａは個別に点消灯可能に構成されている。また、第２の光源２８は、第２の光Ｌ２が回転リフレクタ２２で反射されずに凸レンズ２６に入射するように配置されている。これにより、第２の光源２８から出射した第２の光Ｌ２は、回転リフレクタ２２で反射されることを考慮せずに光学特性を選択できる。そのため、例えば、第２の光源２８から出射した光を拡散用レンズ３０で拡散させてから凸レンズ２６に入射させることで、より広い範囲を照射できるため、第２の光源２８を車両外側の領域を照射する光源として用いることができる。
　回転リフレクタ２２は、モータ３４などの駆動源により回転軸Ｒを中心に一方向に回転する。また、回転リフレクタ２２は、形状の同じ２枚のブレード２２ａが筒状の回転部２２ｂの周囲に設けられている。ブレード２２ａは、第１の光源２０から出射した光を回転しながら反射した光で前方を走査し、所望の配光パターンを形成するように構成された反射面として機能する。
　回転リフレクタ２２の回転軸Ｒは、光軸Ａｘに対して斜めになっており、光軸Ａｘと第１の光源２０とを含む平面内に設けられている。換言すると、回転軸Ｒは、回転によって左右方向に走査するＬＥＤ２０ａの光（照射ビーム）の走査平面に略平行に設けられている。これにより、光学ユニットの薄型化が図られる。ここで、走査平面とは、例えば、走査光であるＬＥＤ２０ａの光の軌跡を連続的につなげることで形成される扇形の平面ととらえることができる。
　凸レンズ２６の形状は、要求される配光パターンや照度分布などの配光特性に応じて適宜選択すればよいが、非球面レンズや自由曲面レンズを用いることも可能である。例えば、本実施の形態に係る凸レンズ２６は、各光源や回転リフレクタ２２の配置を工夫することで、外周の一部が鉛直方向に切り欠かれた切り欠き部２６ａを形成することが可能となっている。そのため、光学ユニット１８の車幅方向の大きさを抑えることができる。
　また、切り欠き部２６ａが存在することで、回転リフレクタ２２のブレード２２ａが凸レンズ２６に干渉しにくくなり、凸レンズ２６と回転リフレクタ２２とを近づけることができる。また、前方から車両用前照灯１０を見た場合に、凸レンズ２６の外周に非円形（直線）の部分が形成されていることで、車両の正面から見て曲線と直線を組み合わせた外形のレンズを有する斬新な意匠の車両用前照灯を実現できる。
　（第１の光源）
　次に、第１の光源が備える複数の半導体発光素子のレイアウトについて説明する。図３は、本実施の形態に係る回路基板の上面図である。本実施の形態に係る回路基板３３は、ハイビーム用配光パターンのＨ－Ｈ線を含む領域を照らす８個のＬＥＤ２０ａ１（２０ａ）と、Ｈ－Ｈ線より上方の領域を照らす２個のＬＥＤ２０ａ２（２０ａ）と、が実装されている。なお、図３に示す上下前後の方向は、車両用前照灯１０の光軸Ａｘ方向を前方向としている。
　（光学部材）
　次に、光学部材について説明する。図４は、光学部材の斜視図である。図５は、光学部材の正面図である。図６は、光学部材の背面図である。図７は、図５に示す光学部材をＢ方向から見た側面図である。図８（ａ）は、図５に示す光学部材をＣ方向から見た側面図、図８（ｂ）は、図５に示す光学部材をＤ方向から見た側面図である。なお、図５に示す上下前後の方向は、車両用前照灯１０の光軸Ａｘ方向を前方向としている。
　光学部材４０は、裏側２４ａから入射した光を制御して表側２４ｂから出射する光学制御部としての集光用レンズ２４と、集光用レンズ２４に隣接する板状の基部４２と、を有する。集光用レンズ２４は、８個のＬＥＤ２０ａ１からそれぞれ出射した光に対応する８個のレンズ部２４ｃ１と、２個のＬＥＤ２０ａ２からそれぞれ出射した光に対応する２個のレンズ部２４ｃ２と、を有する。なお、光を制御するとは、例えば、ある所望のパターンや方向、領域へ光を向かわせることである。
　本実施の形態に係るＬＥＤ２０ａの発光面と集光用レンズ２４の入射面との間隔は０．２～１ｍｍ程度、好ましくは、０．２～０．５ｍｍ程度である。また、基部４２の厚みは１ｍｍ～５ｍｍ程度であり、好ましくは、２～３ｍｍ程度である。また、ドーム状のレンズ部２４ｃ２の直径は２～４ｍｍ程度である。
　ここで、光学部材４０におけるレンズ部２４ｃ１，２４ｃ２は、透過する光を屈折することで集光する形状である。レンズ部２４ｃ１は、裏側２４ａおよび表側２４ｂのいずれも凸状になっている。また、レンズ部２４ｃ２は、後述する拡張レンズ部２４ｃ３を有する。また、光学制御部は、例えば、ＬＥＤ２０ａから出射した光が透過して出射する表側２４ｂの表面領域が擬似的な光源の発光面として機能する。
　光学部材４０は、透明な材料で構成された射出成形品であり、例えば、耐熱シリコーン、アクリル、ポリカーボネート、ガラス等を用いることができる。好ましくは、耐熱性の観点から耐熱シリコーン（耐熱温度１８０℃以上）やガラスが用いられる。また、光学部材の形状の設計自由度の観点では、型からの無理抜きが比較的容易な耐熱シリコーンがより好ましい。これにより、ある程度複雑な形状の光学部材であっても簡易な型構成や製造方法で製造できる。
　（拡張レンズ部）
　図９は、図５に示す光学部材のＥ－Ｅ断面図である。光学ユニット１８は、複数のＬＥＤ２０ａ１，２０ａ２がアレイ状に配列されている第１の光源２０と、複数のＬＥＤ２０ａ１，２０ａ２のそれぞれに対応する複数のレンズ部２４ｃ１，２４ｃ２を有し、第１の光源２０から出射した光を集光する光学部材４０と、光学部材４０を透過した光を光学ユニットの光照射方向に配光パターンとして投影する凸レンズ２６と、を備える。
　光学部材４０が備える複数のレンズのうち少なくとも一つは、対応するＬＥＤ２０ａ２の発光面の正面に位置する集光用のレンズ部２４ｃ２と、発光面から斜めに出射した光Ｌ１’が入射しレンズの正面に向けて出射することでレンズの発光領域を拡張する拡張レンズ部２４ｃ３を有する。図９に示すように、拡張レンズ部２４ｃ３は、フレネルレンズ化されている。これにより、拡張レンズ部２４ｃ３を薄くできる。フレネルレンズ化された拡張レンズ部２４ｃ３は、正面視において縦が３～５ｍｍ、横が３～５ｍｍ、側面視において高さが３～５ｍｍ程度である。
　（配光パターン）
　図１０（ａ）は、本実施の形態に係る第１の光源の発光領域が回転リフレクタが静止した状態で反射投影された照射範囲を示す模式図、図１０（ｂ）は、光学ユニットにより形成された配光パターンの模式図である。
　光学ユニット１８は、回転リフレクタ２２の回転が停止した状態で第１の光源２０のＬＥＤ２０ａを全て点灯させると、集光用レンズ２４の８個のレンズ部２４ｃ１と２個のレンズ部２４ｃ２の表面が発光領域となる。そして、静止した回転リフレクタ２２の表面で発光領域の像が反射され、凸レンズ２６を介して前方に投影される（図１０（ａ）参照）。
　光学ユニット１８においては、８個のレンズ部２４ｃ１から出射されたそれぞれの光が、Ｈ－Ｈ線上に８個の矩形の照射領域Ｒ１を形成する。また、レンズ部２４ｃ２および拡張レンズ部２４ｃ３から出射されたそれぞれの光が、照射領域Ｒ１の上方に２個の矩形の照射領域Ｒ２を形成する。拡張レンズ部２４ｃ３は、レンズ部２４ｃ２の発光領域を鉛直方向に広げているため、照射領域Ｒ２は、鉛直方向が長い矩形の領域となっている。
　また、仮にレンズ部２４ｃしかない集光用レンズ２４の場合、車両前方のスクリーン上において、鉛直方向が＋４°程度までの範囲しか照射できない。一方、における拡張レンズ部２４ｃ３を有する集光用レンズ２４の場合、車両前方のスクリーン上において、鉛直方向が＋６°程度までの範囲を照射できる。このように、光学ユニット１８は、拡張レンズ部２４ｃ３によりレンズ部２４ｃ２の発光領域が鉛直方向に拡張されているため、照射領域を広げることができる。
　そして、回転リフレクタ２２が回転すると、照射領域Ｒ１，Ｒ２が左右方向に走査され、それぞれ部分配光パターンＰ１，Ｐ２が形成される。本実施の形態では、部分配光パターンＰ１，Ｐ２が重畳されることでハイビーム用配光パターンＰＨが形成される。
　このように、本実施の形態に係る回転リフレクタ２２は、集光用レンズ２４の発光領域のパターンを反射し走査することでハイビーム用配光パターンＰＨの一部または全部を形成する。
　光学ユニット１８は、集光用レンズ２４の発光領域のうち拡張レンズ部２４ｃ３に相当する部分（領域Ｒ２’）のパターンを反射し走査することでハイビーム用配光パターンＰＨの上部領域Ｐ２’を形成する。これにより、ハイビーム用配光パターンＰＨの鉛直方向の照射領域をより広げることができる。
　なお、光学部材４０は、凸レンズ２６の焦点近傍に、集光用レンズ２４の発光領域の回転リフレクタ２２による虚像が位置するように構成されている。あるいは、光学部材４０は、凸レンズ２６の焦点近傍に、集光用レンズ２４の発光領域が位置するように構成されていてもよい。これにより、集光用レンズ２４の発光領域が光源として凸レンズ２６の前方に投影される。
　（参考例）
　図１１（ａ）は、集光用レンズ２４の上面図、図１１（ｂ）は、集光用レンズ２４の発光領域が回転リフレクタが静止した状態で反射投影された配光パターンを示す模式図、図１１（ｃ）は、集光用レンズ２４を有する光学ユニットにより形成された配光パターンの模式図である。
　図１１（ａ）に示すように、集光用レンズ２４は、発光面から斜めに出射した光Ｌ１’が入射しレンズの正面に向けて出射することでレンズの発光領域を拡張する拡張レンズ部２４ｃ３を有している。しかしながら、この拡張レンズ部２４ｃ３は、レンズ自体を薄くするためにフレネルレンズ化された３つの光制御面を有する。そのため、拡張レンズ部２４ｃ３の出射面が凸凹しており、隣接する光制御面同士の間に明瞭な境界が存在する。
　そのため、図１１（ｂ）に示すように、集光用レンズ２４の発光領域の像の一部に、像の端から端まで連続した暗部（光ムラ）が生じる。その結果、図１１（ｃ）に示すように、図１１（ｂ）に示す発光領域の像を走査した配光パターンにも筋状の暗部が生じてしまうため、高品質な配光パターンの実現という観点からは更なる改良が必要である。
　（実施例）
　図１２（ａ）は、実施例に係る集光用レンズ５０の上面図、図１２（ｂ）は、集光用レンズ５０の発光領域が回転リフレクタが静止した状態で反射投影された配光パターンを示す模式図、図１２（ｃ）は、集光用レンズ５０を有する光学ユニットにより形成された配光パターンの模式図である。
　実施例に係る集光用レンズ５０は、複数の光制御面に分割された出射面５２を有する。具体的には、出射面５２は、複数の第１の光制御面５４ａが所定方向Ｘに配列されている第１の出射領域５４と、第１の出射領域５４と並んで、複数の第２の光制御面５６ａが所定方向Ｘに配列されている第２の出射領域５６と、を有する。隣接する第１の光制御面５４ａ同士の境界Ｂ１と、隣接する第２の光制御面５６ａ同士の境界Ｂ２とが、所定方向Ｘにおいてずれるように構成されている。
　これにより、隣接する第１の光制御面５４ａ同士の境界Ｂ１と、隣接する第２の光制御面５６ａ同士の境界Ｂ２とが、途切れずに直線的に並ばない。したがって、仮に、隣接する光制御面同士の境界の形状（特に不連続な形状）に起因して、図１２（ｂ）に示すような発光領域の像に暗部（光ムラ）が生じたとしても、一つの暗部が像の端から端まで連続的に横切らなくなる。
　また、本実施例に係る車両用前照灯１０は、ＬＥＤ２０ａと、ＬＥＤ２０ａから出射した光が入射する集光用レンズ５０と、集光用レンズ５０を透過した光を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタ２２と、を備えてもよい。回転リフレクタ２２は、第１の出射領域５４および第２の出射領域５６の発光パターンを反射し走査することで配光パターンの少なくとも一部を形成する。これにより、図１２（ｃ）に示すように、配光パターンに生じる筋状の暗部（図１１（ｃ）参照）を低減できる。
　また、本実施の形態に係る回転リフレクタ２２は、図１２（ｂ）に示す第１の光制御面５４ａおよび第２の光制御面５６ａが配列されている所定方向Ｘに対して交差する方向Ｙに発光パターンを走査するように構成されているとよい。
　また、実施例に係る集光用レンズ５０は、複数の光制御面のうち少なくとも一つは、対応するＬＥＤ２０ａの発光面の正面に位置するドーム状の第３の光制御面５８であり、第３の光制御面５８は、第１の光制御面５４ａおよび第２の光制御面５６ａの両方と隣接している。これにより、ＬＥＤ２０ａの発光面の正面に位置する第３の光制御面５８以外の、照射領域を広げるために設けられた第１の光制御面５４ａや第２の光制御面５６ａがあっても、配光パターンにおけるムラを目立たなくできる。
　また、本実施例に係る集光用レンズ５０において、第１の光制御面５４ａおよび第２の光制御面５６ａは、前述の拡張レンズ部２４ｃ３と同様に、発光面から斜めに出射した光がレンズに入射し正面に向けて出射することで該レンズの発光領域を拡張するように構成されている。これにより、照射領域を広げるために表面の凹凸が不連続な第１の光制御面５４ａや第２の光制御面５６ａを設けた場合であっても、配光パターンにおけるムラを目立たなくできる。
　以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
　上述の実施の形態では、ブレード２２ａを有する回転リフレクタ２２を用いているが、回転リフレクタ２２の代わりにポリゴンミラーを用いてもよい。あるいは、回転リフレクタ２２の代わりにＭＥＭＳミラー（共振ミラー）を用いてもよい。あるいは、回転リフレクタ２２の代わりに、多数の可動式の微小鏡面（マイクロミラー）がマトリックス状に配列されたＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いてもよい。
　また、上述の実施の形態では、発光素子が複数ある光源と、第１のレンズが複数ある光学部材との組み合わせについて説明しているが、発光素子が一つである光源と、第１のレンズが一つである光学部材との組み合わせであってもよい。この態様によっても、拡張レンズ部２４ｃ３により第１のレンズの発光領域が拡張するため、配光パターンの照射領域を広げることができる。
　本発明は、車両用灯具に利用できる。
　Ｂ１，Ｂ２　境界、　１０　車両用前照灯、　１８　光学ユニット、　２０　第１の光源、　２０ａ　ＬＥＤ、　２２　回転リフレクタ、　２４　集光用レンズ、　２５　灯具前方、　２６　凸レンズ、　２８　第２の光源、　２８ａ　ＬＥＤ、　３０　拡散用レンズ、　３３　回路基板、　４０　光学部材、　５０　集光用レンズ、　５２　出射面、　５４　第１の出射領域、　５４ａ　第１の光制御面、　５６　第２の出射領域、　５６ａ　第２の光制御面、　５８　第３の光制御面。

Claims (5)

  1. 　灯具に用いられるレンズであって、
    　前記レンズは、複数の光制御面に分割された出射面を有し、
    　前記出射面は、
    　前記複数の光制御面のうち複数の第１の光制御面が所定方向に配列されている第１の出射領域と、
    　前記第１の出射領域と並んで、前記複数の光制御面のうち複数の第２の光制御面が所定方向に配列されている第２の出射領域と、を有し、
    　隣接する前記第１の光制御面同士の境界と、隣接する前記第２の光制御面同士の境界とが、前記所定方向においてずれるように構成されていることを特徴とするレンズ。
  2. 　発光素子と、
    　前記発光素子から出射した光が入射する請求項１に記載のレンズと、
    　前記レンズを透過した光を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタと、を備え、
    　前記回転リフレクタは、前記第１の出射領域および前記第２の出射領域の発光パターンを反射し走査することで配光パターンの少なくとも一部を形成することを特徴とする灯具。
  3. 　前記回転リフレクタは、前記第１の光制御面および前記第２の光制御面が配列されている前記所定方向に対して交差する方向に前記発光パターンを走査するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の灯具。
  4. 　前記複数の光制御面のうち少なくとも一つは、対応する前記発光素子の発光面の正面に位置する第３の光制御面であり、
    　前記第３の光制御面は、前記第１の光制御面および前記第２の光制御面の両方と隣接していることを特徴とする請求項２または３に記載の灯具。
  5. 　前記第１の光制御面および前記第２の光制御面は、前記発光面から斜めに出射した光が前記レンズに入射し正面に向けて出射することで該レンズの発光領域を拡張するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の灯具。
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