WO2022025031A1 - 車両用灯具 - Google Patents

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和也 本橋
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株式会社小糸製作所
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle lamp.
  • Patent Document 1 discloses such a vehicle lamp. ing.
  • the divergence angle of the light emitted from the light source unit and incident on the projection lens is adjusted, and the light is radiated to the front of the vehicle.
  • Patent Document 2 discloses a lighting fixture for a vehicle that expands a light distribution pattern.
  • an additional lens is arranged near the front of the peripheral portion of the projection lens.
  • the additional lens deflects the light transmitted through the projection lens in a direction horizontally away from the optical axis.
  • the light distribution pattern projected to the outside from the vehicle lighting fixture is a light distribution pattern in which the left and right ends of the light distribution pattern projected to the outside from the vehicle lighting fixture are spread to the left and right sides when the additional lens is not arranged. Therefore, the light distribution pattern is wider than that when the additional lens is not arranged.
  • a vehicle lamp whose light source unit is a light emitting module including a semiconductor light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode) is also known.
  • various configurations have been studied in order to obtain a desired color of the light emitted from such a light emitting module.
  • Patent Document 3 discloses a light emitting module including an LED and a phosphor that is irradiated with a part of the light emitted from the LED and emits light having a wavelength different from the light. In this light emitting module, the light emitted from the phosphor and the other part of the light emitted from the LED are combined, and light having a color different from the color of the light emitted from the LED is emitted.
  • the spectral distribution of the light emitted from this light emitting module includes two peaks, the wavelength at one peak is almost the same as the peak wavelength of the light emitted from the LED, and the wavelength at the other peak is from the phosphor. It is almost the same as the peak wavelength of the emitted light.
  • an object of the present invention is to provide a vehicle lamp that can be miniaturized.
  • the light source unit and a plurality of cells including a nanostructure smaller than the longest wavelength of the light emitted from the light source unit are arranged and the light emitted from the light source unit is arranged. It comprises a metal lens having a meta region through which the light is transmitted, and the meta region is characterized in that the phase distribution of the light transmitted through the meta region is changed.
  • a projection lens for a vehicle lamp at least one of an incident surface and an emitted surface is generally a curved surface, and by adjusting the shape of the curved surface, the emission angle of light emitted from the light source unit is adjusted. There is. Therefore, in such a projection lens, a certain thickness is required to form the curved surface.
  • the metal lens in this vehicle lamp changes the phase distribution of the light from the light source unit by adjusting the arrangement of a plurality of cells and the size of the nanostructure in each cell, and diverges the light. You can adjust the angle.
  • this meta lens can adjust the divergence angle of light from the light source portion even if the curvature of the meta region is made smaller than the curvature of the curved surface of the projection lens, and can be made thinner than the projection lens. Therefore, according to this vehicle lamp, the size can be reduced as compared with the case where the divergence angle of the light from the light source unit is adjusted by the above projection lens.
  • the incident surface on which the light from the light source portion of the metal lens is incident is curved outward in a convex shape to refract the light so that the divergence angle of the light becomes small, and the light is incident on the incident surface.
  • Light may pass through the meta region.
  • the design of the meta region tends to be complicated.
  • the light from the light source unit enters the meta region after the divergence angle is reduced by the curved incident surface. Therefore, for example, when the divergence angle of the light from the light source portion is reduced by the metal lens to a predetermined divergence angle, the light from the light source portion is incident on the meta region as compared with the case where the incident surface on which the light is incident is a flat surface.
  • the divergence angle of the light can be reduced. Therefore, according to this vehicle lamp, it is possible to suppress the design of the meta region from becoming complicated, and it is particularly useful when reducing the divergence angle of the light from the light source unit.
  • the incident surface on which the light from the light source portion of the metal lens is incident is diffracted so that a plurality of grooves are provided and the divergence angle of the light is reduced, and the light incident on the incident surface is generated.
  • the meta region may be transmitted.
  • the light from the light source unit is incident on the meta region after the divergence angle is reduced by the incident surface. Therefore, for example, when the divergence angle of the light from the light source portion is reduced by the metal lens to a predetermined divergence angle, the light from the light source portion is incident on the meta region as compared with the case where the incident surface on which the light is incident is a flat surface.
  • the divergence angle of the light can be reduced. Therefore, according to this vehicle lamp, it is possible to suppress the design of the meta region from becoming complicated, and it is particularly useful when reducing the divergence angle of the light from the light source unit.
  • the above-mentioned vehicle lamp may be further provided with a protective member having light transmission and covering the meta region.
  • the light emission angle can be adjusted appropriately.
  • the protective member may have a refractive index lower than that of the metal lens and may fill the space between the respective nanostructures.
  • the meta region has a predetermined phase distribution of the reference light emitted from the meta lens when the reference light parallel to the reference axis orthogonal to the meta region is incident on the meta region at a specific position in the meta region.
  • the phase distribution of the reference light is changed so that the phase distribution becomes a specific phase distribution consisting of the remainder obtained by dividing the phase distribution by 2 ⁇ , and the predetermined phase distribution has a phase delay amount (rad) as the distance from the reference axis increases.
  • rad phase delay amount
  • It is a phase distribution in which the rate of decrease of the delay amount of the phase increases as the phase decreases
  • the specific phase distribution has a plurality of peaks and is a direction away from the specific position when viewed along the reference axis.
  • the plurality of cells may be arranged so that two or more of the cells are located between the peaks adjacent to each other.
  • the divergence angle of the light transmitted through the meta region and emitted from the meta lens can be reduced.
  • the phase of light is delayed by an integral multiple of 2 ⁇
  • the wavefront of the light can be regarded as the same as the wavefront of light whose phase is not delayed. Therefore, even if the meta region is configured so that the phase distribution of the reference light has the specific phase distribution described above, the divergence angle can be reduced. Therefore, in this vehicle lamp, the divergence angle of the light from the light source unit can be reduced by the metal lens.
  • the predetermined phase distribution in which the phase delay amount and the increase rate of the phase delay amount increase as the distance from the specific position along the meta region increases is divided by 2 ⁇ . It consists of a remainder and has multiple peaks. Therefore, the amount of phase delay in a specific phase distribution increases from zero as the distance from the specific position increases, approaches 2 ⁇ as much as possible, and periodically repeats a change to zero.
  • the smaller the number of cells arranged for one cycle of the above change the larger the deviation between the phase distribution changed by the meta region and the specific phase distribution, and the specific for the energy of light incident on the meta region.
  • the ratio of the energy of the light emitted from the meta region tends to be low at the divergence angle according to the phase distribution.
  • the specific phase distribution has three or more peaks, and the number of the cells located between the peaks decreases as the distance from the specific positions increases. It may be that.
  • the shape of the nanostructure is a cylindrical shape and the number of the cells located between the peaks is 3 or more.
  • the inventor has found that such a configuration can make the ratio of the energy of the light emitted from the meta region to 60% or more at the divergence angle according to the specific phase distribution to the energy of the light incident on the meta region. ..
  • the minimum width of the meta region may be 10 mm or more.
  • the light distribution pattern of the light emitted from the metal lens can be easily set to the brightness required as the light distribution pattern of the light emitted from the headlight for the vehicle.
  • Examples of the light distribution pattern of the light emitted from the vehicle headlight include a low beam and high beam light distribution pattern.
  • the meta region changes the phase distribution of the light transmitted through the meta region so that coma aberration occurs, and the divergence angle of the light transmitted through the meta region is compared with the case where the coma aberration does not occur. May be expanded in the left-right direction of the light distribution pattern formed by the light.
  • Coma aberration is an aberration in which a point image on the image plane does not form a single point, but spreads and forms a comet-like tail.
  • a point image on the image plane does not form a single point, but spreads and forms a comet-like tail.
  • light does not diffuse radially from the point image to the periphery of the point image, but extends in a certain direction from the point image.
  • the divergence angle of light is widened by coma aberration.
  • the light emission angle can be widened by adjusting the arrangement of a plurality of cells and the size and shape of the nanostructures in each cell.
  • the divergence angle can be further widened in the left-right direction due to the above-mentioned elongation of light due to coma aberration. Therefore, the light distribution pattern can be further spread in the left-right direction as compared with the light distribution pattern projected from the metal lens in which the light divergence angle is widened without the occurrence of coma.
  • a projection lens as described above having a curved surface is designed so that coma aberration is suppressed. Therefore, when a projection lens is used, the spread of the divergence angle of the light from the light source unit is suppressed, and the spread of the light distribution pattern projected to the outside of the vehicle lamp is suppressed.
  • the divergence angle is widened due to coma, so that the light distribution pattern can be wider than the light distribution pattern projected from the projection lens.
  • the meta region when the meta region changes the phase distribution of the light transmitted through the meta region so that coma aberration occurs, the meta region has the spread amount of the divergence angle spreading to the left due to the coma aberration and the coma.
  • the amount of spread of the divergence angle that spreads to the right due to aberration may be the same.
  • the spread amount of each of the right end and the left end of the light distribution pattern can be the same, and the design of the metal lens can be facilitated as compared with the case where the spread amount is not the same.
  • one of the spread amount of the divergence angle spreading to the left due to the coma aberration and the spread amount of the divergence angle spreading to the right direction due to the coma aberration may be larger than the other.
  • one of the spread amount at the right end of the light distribution pattern and the spread amount at the left end of the light distribution pattern is larger than the other, and the driver of the vehicle is located on the side where the light distribution pattern is spread. It may be easier to see the object.
  • the meta region changes the phase distribution of the light transmitted through the meta region so that coma aberration occurs
  • the meta region is the light transmitted through the meta region as compared with the case where the coma aberration does not occur.
  • the divergence angle of the light may be widened in the vertical direction of the light distribution pattern formed by the light.
  • the meta region when the meta region changes the phase distribution of the light transmitted through the meta region so that coma aberration occurs, the meta region has the coma aberration as the amount of expansion of the divergence angle that spreads in the left-right direction due to the coma aberration. It may be larger than the amount of spread of the divergence angle that spreads in the vertical direction.
  • the light distribution pattern spreads more in the left-right direction than in the vertical direction without changing the amount of light transmitted through the metal lens, and the driver's field of view expands more in the horizontal direction than in the vertical direction due to the light distribution pattern. Can be secured in the left-right direction.
  • the meta region bends the infrared light contained in the light transmitted through the meta region rather than the bending force of the meta region that bends visible light contained in the light transmitted through the meta region.
  • the bending force of the region may be reduced.
  • the meta region changes the phase distribution of the light that passes through the meta region.
  • This phase distribution changes according to the arrangement of a plurality of cells and the size and shape of the nanostructures in each cell. Therefore, by adjusting these, the meta region changes the phase distribution of the light transmitted through the meta region, and makes the light transmitted through the meta region more than the bending force of the meta region that bends the visible light contained in the light.
  • the bending force of the meta region that bends the contained infrared light is reduced.
  • the bending force indicates the force with which the meta region bends the light transmitted through the meta region. The smaller the bending force, the smaller the bending angle of the light transmitted through the meta region, and the more the focusing of the light is suppressed.
  • the meta region can suppress the focusing of infrared light traveling from the meta lens to the light source portion as compared with the projection lens.
  • the deterioration of the light source portion due to the light collection of infrared light can be suppressed as compared with the projection lens.
  • the phase modulation amount of the infrared light may be configured to be less than 0.6 times the phase modulation amount of the visible light.
  • a refracting lens made of acrylic if the bending force of the refracting lens that bends visible light is 1, the bending force of the refracting lens that bends infrared light is approximately 0.98.
  • the bending force of the refracting lens that bends infrared light is approximately 0.98. Therefore, regardless of whether it is acrylic or polycarbonate, the bending force of the refracting lens that bends infrared light is approximately 0.98 times the bending force of the refracting lens that bends visible light.
  • the refracting lens makes it easy to collect infrared light.
  • the bending force of the meta region is roughly proportional to the value of the product of the phase modulation amount of the light transmitted through the meta region and the wavelength of the light.
  • the phase modulation amount of infrared light is less than 0.6 times the phase modulation amount of visible light.
  • the bending force of the meta region that bends infrared light is less than 0.9 times the bending force of the meta region that bends visible light.
  • the bending force of the meta region that bends infrared light and the bending force of the refracting lens that bends infrared light is compared.
  • the force is smaller than the bending force of the refracting lens that bends the infrared light. Therefore, this vehicle lamp can suppress the focusing of infrared light more than the refracting lens.
  • the longest wavelength of the visible light is 660 nm
  • the shortest wavelength of the infrared light is 1000 nm. May be.
  • the shape of the nanostructure may be a cylindrical shape. With such a configuration, even if the visible light from the light source unit is randomly polarized light, the visible light can be efficiently bent.
  • At least one resonance wavelength in the metal lens may be 800 nm or more and less than 2400 nm.
  • a phenomenon may occur in which the transmittance of light of a specific wavelength becomes extremely lower than the transmittance of light of another wavelength, and it is generally known that there are a plurality of specific wavelengths.
  • These specific wavelengths are wavelengths at which the light transmittance in the metal lens peaks, and are called resonance wavelengths. These resonance wavelengths are determined according to the size and shape of the nanostructure in each cell, the refractive index of the material constituting the nanostructure, and the like.
  • at least one resonance wavelength in the metal lens is 800 nm or more and less than 2400 nm.
  • sunlight near the surface of the earth includes light in the wavelength band of 800 nm to 2400 nm.
  • this vehicle lamp when sunlight passes through the metal lens and irradiates the light source portion, the light having a wavelength of 800 nm to 2400 nm in the sunlight is compared with the case where the metal lens is used as a projection lens.
  • the amount of irradiation to the light source unit can be reduced. Therefore, according to this vehicle lamp, the amount of heating of the light source portion by sunlight can be reduced and the deterioration of the light source portion due to sunlight can be suppressed as compared with the case where the metal lens is used as a projection lens.
  • the at least one resonance wavelength in the metal lens is 800 nm or more and less than 2400 nm
  • the at least one resonance wavelength may be included in the range of 800 nm or more and less than 900 nm.
  • the intensity of sunlight near the surface of the earth tends to decrease as the wavelength becomes longer in the wavelength band of 800 nm or more.
  • the spectral distribution of sunlight has a plurality of valleys in which the intensity sharply decreases.
  • the minimum intensity in this valley is, for example, 50% or less of the intensity in the vicinity of the valley.
  • Such valleys tend not to be located in the range of 800 nm or more and less than 900 nm. Therefore, with the above configuration, it is easy to reduce the amount of heating of the light source portion by the sunlight when the sunlight passes through the metal lens and irradiates the light source portion.
  • the spectral distribution of the light emitted from the light source unit has a plurality of peaks, and the plurality of resonance wavelengths have a plurality of the peaks. It may be different from each wavelength of.
  • the wavelength of the light at the peak of the spectral distribution tends to greatly affect the color tone of the light emitted from the vehicle lamp. Therefore, according to this vehicle lamp, it is possible to suppress the decrease in the transmittance of light having a wavelength that greatly affects the color tone of the emitted light in the metal lens, and it is possible to emit light having a desired color tone.
  • all of the plurality of resonance wavelengths may not be included in the wavelength band of the light emitted from the light source unit.
  • light of a desired color tone can be emitted as compared with the case where at least one resonance wavelength is included in the wavelength band of the light emitted from the light source unit.
  • the metal lens may reduce the emission angle of the light from the light source portion transmitted through the metal lens.
  • the spectral distribution of the light emitted from the light source unit may have a plurality of peaks, and the plurality of resonance wavelengths in the metal lens may be different from the wavelengths of the plurality of the peaks.
  • the spectral distribution of the light emitted from the light source portion has a plurality of peaks, so that the color tone of the emitted light is different from that in the case where this spectral distribution has only one peak. It can be the desired color tone.
  • the plurality of resonance wavelengths in the metal lens are different from the respective wavelengths of the plurality of peaks. The light of each wavelength at a plurality of peaks greatly affects the color tone of the light emitted from the vehicle lamp. Therefore, according to this vehicle lamp, it is possible to suppress the decrease in the transmittance of light having a wavelength that greatly affects the color tone of the emitted light in the metal lens, and it is possible to emit light having a desired color tone.
  • the spectral distribution of the light emitted from the light source unit has a plurality of peaks
  • at least one of the plurality of resonance wavelengths exceeds the shortest wavelength of each of the plurality of peaks and is less than the longest wavelength. It may be.
  • the wavelength of the light having the minimum intensity between the peaks adjacent to each other may be the same as the at least one of the plurality of resonance wavelengths.
  • the plurality of resonance wavelengths include a specific resonance wavelength included in the wavelength band of the light from the light source unit, and the spectrum of the light.
  • the ratio of the intensity of the light at the particular resonance wavelength to the maximum intensity in the overall distribution may be 0.1 or less.
  • FIG. 3 is a front view schematically showing a light source unit shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged front view showing a part of one main surface of the metal lens shown in FIG. 1. It is a figure which shows a part of a predetermined phase distribution in 1st Embodiment schematically. It is a figure which shows the part of the specific phase distribution in 1st Embodiment schematically.
  • FIG. 3 shows the lamp for vehicle in 4th Embodiment in the same manner as FIG.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows schematic about the protection member and metal lens which concerns on 1st modification. It is a figure which shows the light distribution pattern for a low beam formed on the virtual vertical screen arranged at the position 25 m in front of the lighting fixture from the vehicle lighting fixture in 5th Embodiment. It is a figure which shows an example of the light distribution pattern in the 2nd modification. It is a figure which shows another example of the light distribution pattern in the 2nd modification. It is a figure which shows an example of the light distribution pattern in the 3rd modification. It is a figure which shows an example of the light distribution pattern in the 4th modification.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the spectral distribution of the light emitted from the light source part which concerns on 5th modification, and the transmittance distribution of the light of a metal lens in the same manner as FIG. It is a figure which shows schematic the spectral distribution of the light emitted from the light source part in 8th Embodiment, and the transmittance distribution of the light of a metal lens. It is a figure which shows the spectral distribution of the light emitted from the light source part which concerns on the 6th modification, and the transmittance distribution of the light of a metal lens in the same manner as FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a vehicle lamp according to the first embodiment of the present invention, and is a diagram schematically showing a vertical cross section of the vehicle lamp.
  • the vehicle lamp 1 of the present embodiment is a headlight for an automobile. Headlights for automobiles are generally provided in each of the left and right directions in front of the vehicle. In the present specification, "right” means the right side in the traveling direction of the vehicle, and “left” means the left side in the traveling direction of the vehicle. Each of the left and right headlights has the same configuration except that the shape is substantially symmetrical in the left-right direction. Therefore, in the present embodiment, one of the headlights will be described.
  • the vehicle lamp 1 of the present embodiment includes a housing 10, a light source unit 20, and a metal lens 30 as main configurations.
  • the housing 10 of the present embodiment includes a lamp housing 11, a front cover 12, and a back cover 13 as main configurations.
  • the front of the lamp housing 11 is open, and the front cover 12 is fixed to the lamp housing 11 so as to close the opening. Further, an opening smaller than the front is formed behind the lamp housing 11, and the back cover 13 is fixed to the lamp housing 11 so as to close the opening.
  • the space formed by the lamp housing 11, the front cover 12 that closes the front opening of the lamp housing 11, and the back cover 13 that closes the rear opening of the lamp housing 11 is the light room R, and the light room R.
  • a light source unit 20 and a metal lens 30 are housed therein.
  • the back cover 13 is openable / closable or removable with respect to the lamp housing 11 for replacement of the light source portion 20 and the metal lens 30 through the rear opening of the lamp housing 11.
  • the front cover 12 is made of a translucent material, and the light emitted from the light source unit 20 and transmitted through the metal lens 30 is transmitted through the front cover 12.
  • the lamp housing 11 and the back cover 13 are made of, for example, resin.
  • FIG. 2 is a front view schematically showing the light source unit 20 shown in FIG.
  • the light source unit 20 includes a plurality of light emitting elements 21 that emit light, and a circuit board 22 on which a plurality of light emitting elements 21 are mounted.
  • the plurality of light emitting elements 21 are arranged in a matrix to form rows in the vertical direction and the horizontal direction, and emit light toward the front.
  • Each of the plurality of light emitting elements 21 can individually change the amount of emitted light by the electric power supplied to each of the light emitting elements 21. Further, these light emitting elements 21 are phosphor type LEDs (Light Emitting Diodes) that emit white light, the light source unit 20 is a so-called LED array, and the light emitted from the light source unit 20 has a predetermined wavelength band. ing.
  • the number and configuration of the light emitting elements 21 are not particularly limited.
  • the light emitting element 21 may be configured to include a plurality of LEDs that emit light having different wavelengths from each other, or may be configured to include a plurality of LDs (Laser Diodes) that emit light having different wavelengths from each other. ..
  • Such a light source unit 20 can emit light having a predetermined light distribution pattern by selecting a light emitting element 21 that emits light, and by changing the selection, the outer shape of the predetermined light distribution pattern can be obtained. Can be changed. Further, the light source unit 20 can adjust the intensity distribution of light in a predetermined light distribution pattern by adjusting the amount of light emitted from each light emitting element 21. That is, the light source unit 20 can emit light having a predetermined light distribution pattern according to the amount of light emitted from the plurality of light emitting elements 21, and can change the light distribution pattern of the emitted light. The light source unit 20 may not be able to change the light distribution pattern of the emitted light.
  • the wavelength of the light L emitted from the light source unit 20 of the present embodiment is included in the wavelength band of visible light.
  • the wavelength band of visible light is approximately 380 nm to 780 nm. Since the light L emitted from the light source unit 20 is the light emitted from the plurality of light emitting elements 21, the wavelength of the light emitted from each light emitting element 21 is substantially the same as the wavelength of the light L emitted from the light source unit 20. ..
  • the wavelength of the light L does not have to be included in the wavelength band of visible light.
  • the metal lens 30 of the present embodiment is a flat plate-shaped member, and is configured to adjust the divergence angle of light transmitted in the thickness direction.
  • the metal lens 30 is arranged in front of the light source unit 20, and the light L emitted from the light source unit 20 is incident on one planar main surface 31s and emitted from the other planar main surface 32s. Therefore, the main surface 31s is an incident surface on which the light L from the light source unit 20 is incident, and the main surface 32s is an exit surface on which the light L emitted from the light source unit 20 incident on the main surface 31s is emitted.
  • FIG. 3 is an enlarged front view showing a part of one main surface 31s of the metal lens 30 shown in FIG. 1.
  • the main surface 31s has a plurality of cells 33 formed by being divided into two directions different from each other, and each cell 33 is provided with a nanostructure 35.
  • the boundary between the adjacent cells 33 is shown by a broken line.
  • only one cell 33 and one nanostructure 35 are designated with reference numerals, and the other cells 33 and nanostructures 35 are omitted from the reference numerals.
  • the plurality of cells 33 are arranged over the entire main surface 31s, and the entire main surface 31s is a meta region in which the plurality of cells 33 including the nanostructure 35 are arranged.
  • the shape of the metal lens 30 is a disk shape, and the plurality of cells 33 are arranged in the radial direction and the circumferential direction with respect to the center of gravity 31 g of the main surface 31s.
  • the reference axis 36 orthogonal to the main surface 31s at the center of gravity 31g as a specific position intersects the light source unit 20.
  • the light emitting element 21 of the light source unit 20 is arranged along a plane substantially perpendicular to the reference axis 36.
  • the diameter of the metal lens 30 is 10 mm or more, for example, 50 mm. Therefore, the minimum width of the meta region is 10 mm or more.
  • the region of the main surface 31s excluding the nanostructure 35 is a flat surface, and the nanostructure 35 is a protrusion extending from the main surface 31s toward the light source portion 20 side.
  • Such a nanostructure 35 is configured as a part of the metal lens 30 by ultrafine processing on the main surface 31s, and is integrated with the metal lens 30.
  • the arrangement of a plurality of cells 33 and the position and range of this meta area are not particularly limited.
  • the meta region may be a part of the main surface 31s, or may be at least a part of the main surface 32s opposite to the light source unit 20 side. Further, the meta region may be at least a part of the main surface 31s and at least a part of the main surface 32s.
  • the shape of the cell 33 shown in FIG. 3 is generally square, but is not particularly limited. Further, the sizes and shapes of the plurality of cells 33 may be different from each other. Further, the sizes of the meta lens 30 and the meta region are not particularly limited, and for example, the diameter of the meta lens 30 may be smaller than 10 mm. Further, the outer shape of the metal lens 30 is not particularly limited, and may be, for example, a quadrangular shape.
  • the shape of the nanostructure 35 is a cylindrical shape, and the diameter is smaller than the longest wavelength of the light emitted from the light source unit 20.
  • the width of the nanostructure 35 may be smaller than the longest wavelength of the light emitted from the light source unit 20, and the shape of the nanostructure 35 is not particularly limited.
  • the shape of the nanostructure 35 may be a quadrangular prism shape or a C-shaped shape.
  • the nanostructure 35 may be composed of a pair of quadrangular prisms or the like arranged at predetermined intervals.
  • the shape of the nanostructure 35 in each cell 33 may be different.
  • a plurality of nanostructures 35 may be provided in each cell 33, and the number of nanostructures 35 in each cell 33 may be different.
  • examples of the material constituting the metal lens 30 include glass, resin and the like. The materials constituting the nanostructure 35 and the portion other than the nanostructure 35 may be the same or different.
  • the cell 33 including such a nanostructure 35 can modulate the phase of the light L transmitted through the cell 33. Then, by adjusting the arrangement of the plurality of cells 33 and the size and shape of the nanostructure 35 in each cell 33, the phase distribution of the light L transmitted through the meta region can be changed, and the light L transmitted through the meta lens 30 is transmitted. The divergence angle of the white light L can be changed.
  • the arrangement of the plurality of cells 33 and the size and shape of the nanostructure 35 in each cell 33 are adjusted so that the divergence angle of the light L becomes small and becomes a predetermined divergence angle. Therefore, it can be understood that the meta region is configured so that the phase of the light L is modulated so that the divergence angle of the light L becomes a predetermined divergence angle.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a part of a predetermined phase distribution 50 in the present embodiment, and is a diagram showing a predetermined phase distribution 50 in a vertical plane including the reference axis 36.
  • the phase distribution of the reference light emitted from the metal lens 30 is a phase distribution in a virtual plane perpendicular to the reference axis 36, and in the present embodiment, the virtual plane is on the main surface 32s which is the exit surface of the metal lens 30. It is a phase distribution along the plane.
  • the x-axis is the phase delay amount (rad)
  • the y-axis is the distance from the intersection 32p of the reference axis 36 and the main surface 32s in the direction perpendicular to the reference axis 36
  • r is the metal lens 30. It is a radius. As shown in FIG.
  • the phase delay amount decreases and the phase delay increases as the distance from the reference axis 36 in the direction perpendicular to the reference axis 36 increases. It is a curve in which the rate of decrease in quantity increases.
  • the predetermined phase distribution 50 on any plane including the reference axis 36 is a curve similar to the predetermined phase distribution 50 shown in FIG. Therefore, it can be understood that the predetermined phase distribution 50 is a phase distribution in which the phase delay amount decreases and the phase delay amount decrease rate increases as the distance from the reference axis 36 increases.
  • the divergence angle of the light transmitted through the meta region and emitted from the metal lens 30 can be reduced. ..
  • the phase of light is delayed by an integral multiple of 2 ⁇
  • the wavefront of the light can be regarded as the same as the wavefront of light whose phase is not delayed. Therefore, even in the metal lens 30 of the present embodiment in which the meta region is configured so that the phase distribution of the reference light is a specific phase distribution consisting of the remainder obtained by dividing the predetermined phase distribution 50 by 2 ⁇ , the light L The divergence angle of can be reduced.
  • the predetermined phase distribution 50 may be a phase distribution in which the phase delay amount decreases and the rate of decrease in the phase delay amount increases as the distance from the reference axis 36 increases, depending on the degree of adjustment of the divergence angle and the like. , The amount of delay in these phases and the rate of decrease in the amount of delay in the phase are adjusted.
  • the reference axis 36 is not limited to one passing through the center of gravity 31g, and may be any one orthogonal to the meta region at a specific position in the meta region.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a part of the specific phase distribution 60 in the present embodiment, and is a diagram showing a part of the specific phase distribution 60 in the vertical plane including the reference axis 36. ..
  • the x-axis is the phase delay (rad)
  • the y-axis is the distance from the intersection 32p of the reference axis 36 and the main surface 32s in the direction perpendicular to the reference axis 36
  • r is the metal lens 30. It is a radius.
  • the width of this cycle becomes narrower as the distance from the reference axis 36 increases, the maximum width is about 400 ⁇ m, and the width of the cycle adjacent to the maximum cycle is about 100 ⁇ m.
  • the minimum width is about 1 ⁇ m.
  • the predetermined phase distribution 50 on any plane including the reference axis 36 is a curve similar to the predetermined phase distribution 50 shown in FIG. Therefore, the amount of phase delay in the specific phase distribution 60 on any plane including the reference axis 36 gradually repeats a change from a value as close to 2 ⁇ as possible to zero as the distance from the reference axis 36 increases. .. Therefore, it can be understood that the amount of phase delay in the specific phase distribution 60 repeats the above changes periodically as the distance from the reference axis 36 increases.
  • the plurality of cells 33 are arranged so that two or more cells 33 are located between the peaks 61 adjacent to each other in the direction away from the center of gravity 31 g when viewed along the reference axis 36. That is, two or more cells 33 are arranged for one cycle of the above change.
  • the shape of the nanostructure 35 is a cylindrical shape.
  • the inventor arranges three or more cells 33 for one cycle of the above change, and the shape of the nanostructure 35 is a cylindrical shape, so that the energy of the light incident on the meta region is dealt with. It has been found that the ratio of the energy of the light emitted from the meta region can be 60% or more at the divergence angle corresponding to the specific phase distribution 60. Therefore, from the viewpoint of reducing the loss of light energy in the metal lens 30, such a configuration is preferable.
  • the specific phase distribution 60 has three or more peaks 61. Further, when viewed along the reference axis 36, the number of cells 33 located between the peaks 61 adjacent to each other in the direction away from the center of gravity 31 g decreases as the distance from the center of gravity 31 g increases.
  • the light L adjusted so that the divergence angle is reduced by the metal lens 30 is emitted toward the front of the vehicle through the front cover 12. Therefore, in the vehicle lamp 1 of the present embodiment, the size of the light distribution pattern of the emitted light can be easily set to a desired size. Further, as described above, the light source unit 20 can change the light distribution pattern of the emitted light. Therefore, according to the vehicle lamp 1, for example, a high beam and a low beam can be switched and emitted, or an ADB (Adaptive Driving Beam) can be emitted.
  • ADB Adaptive Driving Beam
  • the vehicle lamp 1 of the present embodiment includes a light source unit 20 and a metal lens 30.
  • the metal lens 30 has a main surface 31s as a meta region.
  • a plurality of cells 33 including a nanostructure 35 smaller than the longest wavelength of the light L emitted from the light source unit 20 are arranged on the main surface 31s, and the light L emitted from the light source unit 20 passes through the main surface 31s. ..
  • the main surface 31s as a meta region changes the phase distribution of the light L transmitted through the main surface 31s.
  • a projection lens in a vehicle lamp at least one of an incident surface and an emitted surface is generally a curved surface, and by adjusting the shape of the curved surface, the emission angle of light emitted from the light source unit can be adjusted. I'm adjusting. Therefore, in such a projection lens, a certain thickness is required to form the curved surface.
  • the metal lens 30 in the vehicle lamp 1 of the present embodiment adjusts the arrangement of the plurality of cells 33 and the size of the nanostructure 35 in each cell 33 to adjust the phase distribution of the light L from the light source unit. Can be changed to adjust the emission angle of the light L.
  • the curvature of the main surface 31s as a meta region is made smaller than the curvature of the curved surface of the projection lens, and even if the main surface 31s is made flat, for example, the light from the light source unit 20
  • the divergence angle of the lens can be adjusted, making it thinner than the above projection lens. Therefore, according to the vehicle lamp 1 of the present embodiment, the size can be reduced as compared with the case where the emission angle of the light L from the light source unit 20 is adjusted by the projection lens.
  • the lens by enlarging the lens, it becomes easier to increase the amount of light emitted from the lens.
  • the minimum width of the main surface 31s as a meta region is 10 mm or more. Therefore, in the present embodiment, the light distribution pattern of the light emitted from the metal lens 30 can be easily set to the brightness required as the light distribution pattern of the light emitted from the headlight for the vehicle. Examples of the light distribution pattern of the light emitted from the vehicle headlight include a low beam and high beam light distribution pattern.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a metal lens in the present embodiment, and is a diagram schematically showing a cross section of the metal lens in the thickness direction.
  • the entire main surface 31s as an incident surface on which the light L from the light source unit 20 is incident is a curved surface that is curved outward. In the main surface 31s curved in this way, the light L is refracted so that the divergence angle of the light L from the light source unit 20 becomes small.
  • the entire main surface 32s as an emission surface from which the light L emitted from the light source unit 20 is emitted is a meta region in which a plurality of cells 33 including the nanostructure 35 are arranged, and the light source unit 20 incident on the main surface 31s.
  • the light L from the light source passes through the meta region.
  • the reference axis 36 is orthogonal to the main surface 32s at the center of gravity 32g as a specific position on the main surface 32s and intersects with the light source unit 20. Then, as in the first embodiment, in the meta region, the phase distribution of the reference light emitted from the metal lens 30 when the reference light parallel to the reference axis 36 is incident on the meta region is a predetermined phase distribution 50.
  • the main surface 31s as an incident surface may be curved outward in a convex shape to refract the light L so that the divergence angle of the light L from the light source unit 20 becomes small, and a part of the light L may be bent outward. It may be configured to be curved in a convex shape toward the direction.
  • the design of the meta region tends to be complicated.
  • the light L from the light source unit 20 is incident on the main surface 32s as a meta region after the divergence angle is reduced by the main surface 31s which is a curved incident surface. Therefore, in the present embodiment, the divergence angle of the light L from the light source unit 20 incident on the meta region can be reduced as compared with the case where the main surface 31s is a flat surface. Therefore, according to the vehicle lamp 1 of the present embodiment, it is possible to suppress the design of the meta region from becoming complicated, and especially when the emission angle of the light L from the light source unit 20 is reduced as in the present embodiment. It is useful.
  • the main surface 31s may be a meta region
  • the main surface 32s may be curved outward in a convex shape
  • the light L transmitted through the meta region may be emitted from the main surface 32s.
  • the design of the meta region tends to be complicated. According to such a configuration, the angle for reducing the divergence angle of the light L can be reduced by the meta region as compared with the case where the main surface 32s is a flat surface, and the design of the meta region can be suppressed from becoming complicated.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the metal lens 30 in the present embodiment, and is a diagram schematically showing a cross section of the metal lens 30 in the thickness direction.
  • a plurality of grooves 37 are provided on the planar main surface 31s as an incident surface on which the light L from the light source unit 20 is incident.
  • the grooves 37 are exaggerated and described for the sake of clarity, and only one groove 37 is designated with a reference numeral, and the reference numerals of the other grooves 37 are omitted.
  • Each groove 37 extends along a circle centered on the center of gravity 31 g, which is the center of the main surface 31s.
  • the light L is diffracted so that the divergence angle of the light L from the light source unit 20 becomes small. That is, the shape, depth, width, position, and the like of the groove 37 are adjusted so that the light L is diffracted in this way, and it can be understood that the main surface 31s diffracts the light L in this way.
  • the entire main surface 32s from which the light L emitted from the light source unit 20 is emitted is a meta region in which a plurality of cells 33 including the nanostructure 35 are arranged, and the light L from the light source unit 20 is transmitted through the meta region. do.
  • the reference axis 36 is orthogonal to the main surface 32s at the center of gravity 32g as a specific position on the main surface 32s and intersects with the light source unit 20. Then, as in the first embodiment, in the meta region, when the reference light parallel to the reference axis 36 is incident on the meta region, the phase distribution of the reference light emitted from the meta lens has a predetermined phase distribution 50. It is configured to have a specific phase distribution 60 consisting of a remainder divided by 2 ⁇ .
  • the main surface 31s as an incident surface may be provided with a plurality of grooves 37, and the light L may be diffracted so that the divergence angle of the light L from the light source unit 20 becomes small. Etc. are not restricted. Further, the groove 37 may be provided on the curved main surface 31s.
  • the light L from the light source unit 20 is incident on the meta region after the divergence angle is reduced by the main surface 31s which is the incident surface. Therefore, the angle at which the divergence angle of the light L incident on the main surface 31s can be reduced by the meta region can be reduced as compared with the case where the main surface 31s on which the light L from the light source unit 20 is incident is a flat surface. Therefore, according to the vehicle lamp 1 of the present embodiment, it is possible to suppress the design of the meta region from becoming complicated, and especially when the emission angle of the light L from the light source unit 20 is reduced as in the present embodiment. It is useful.
  • a plurality of grooves 37 are provided on the main surface 31s in which the main surface 31s is curved outward in a convex shape, and the main surface 31s is the light source unit 20.
  • the light L from may be diffracted.
  • at least a part of the main surface 31s is a meta region, and the light L transmitted through the meta region may be diffracted by the main surface 32s so that the divergence angle becomes small.
  • the angle for reducing the divergence angle of the light L can be reduced by the meta region as compared with the case where the main surface 32s is a flat surface, and the design of the meta region can be suppressed from becoming complicated. ..
  • FIG. 8 is a diagram showing the vehicle lamp 1 in the present embodiment in the same manner as in FIG. In FIG. 8, the description of the housing 10 and the light source unit 20 is omitted. As shown in FIG. 8, the vehicle lamp 1 of the present embodiment is different from the vehicle lamp 1 of the first embodiment in that it further has a protective member 40 having light transmission.
  • the protective member 40 of the present embodiment includes a main body portion 41 and ribs 42.
  • the main body 41 is a disk-shaped member, and one main surface 43s is arranged so as to face the main surface 31s of the metal lens 30 at a predetermined distance. In the direction parallel to the reference axis 36, the entire main surface 31s as a meta region overlaps with the main body 41.
  • the rib 42 is provided on the main surface 43s of the main body 41 and projects toward the metal lens 30 side. The rib 42 extends along the outer edge of the main body 41 over the entire circumference. The inner peripheral surface of the rib 42 is adhered to the outer peripheral surface of the metal lens 30 over the entire circumference, and the protective member 40 is fixed to the metal lens 30.
  • Such a protective member 40 covers the main surface 31s in a non-contact manner with the main surface 31s as a meta region, and the main surface 31s is exposed in the closed space 45 formed by the protective member 40 and the meta lens 30.
  • the main body 41 and the rib 42 are integrally formed, and examples of the material constituting the protective member 40 include glass, resin, and the like.
  • the light L emitted from the light source unit 20 passes through the main body portion 41 of the protective member 40 and is incident on the metal lens 30, and the divergence angle of the light L is adjusted by the metal lens 30 to adjust the divergence angle.
  • the light L is emitted toward the front of the vehicle through the front cover 12.
  • the protective member 40 covers the main surface 31s as a meta region. Therefore, it is possible to prevent dust and the like from entering between the respective nanostructures 35, dust and the like from adhering to the nanostructures 35, and damage to the nanostructures 35, and the light L from the light source unit 20.
  • the divergence angle of can be adjusted appropriately.
  • the rib 42 of the protective member 40 may be provided with a communication portion such as a hole for communicating the closed space 45 with the outside.
  • a communication portion such as a hole for communicating the closed space 45 with the outside.
  • the protective member 40 is not provided with such a hole. Is preferable.
  • the protective member 40 may be in contact with the nanostructures 35.
  • the main body 41 of the protective member 40 may fill the space between the nanostructures 35.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the protective member 40 and the metal lens 30 according to the first modification, and is a diagram schematically showing a part of the cross section of the protective member 40 and the metal lens 30 in the thickness direction. Is. Further, in FIG. 9, for the sake of easy viewing, only one nanostructure 35 is designated with a reference numeral, and the reference numerals of the other nanostructures 35 are omitted. In this case, the refractive index of the protective member 40 is lower than the refractive index of the metal lens 30. Even with such a configuration, the divergence angle of the light L can be adjusted by the metal lens 30.
  • Coma aberration is an aberration in which a point image on the image plane does not form a single point, but spreads and forms a comet-like tail.
  • light does not diffuse radially from the point image to the periphery of the point image, but extends in a certain direction from the point image. As a result, it can be understood that the divergence angle of light is widened by coma aberration.
  • the meta region of the present embodiment widens the divergence angle of the light L transmitted through the meta region due to the coma aberration as compared with the case where the above coma aberration does not occur. Due to the expansion of the divergence angle of the light L, the light distribution pattern formed by the light L transmitted through the meta region is projected to the outside of the vehicle lamp 1 in a expanded state as compared with the case where coma aberration does not occur.
  • FIG. 10 is a diagram showing a light distribution pattern for a low beam formed on a virtual vertical screen arranged at a position 25 m in front of the left and right vehicle lamps 1 in the present embodiment.
  • the light distribution pattern 70 projected from the metal lens 30 in which coma aberration is generated is shown by a solid line.
  • the light distribution pattern 80 projected from the metal lens in which coma aberration does not occur is shown by a broken line.
  • the upper end and the lower end of the light distribution pattern 80 are shown inside the upper end and the lower end of the light distribution pattern 70, but the light distribution pattern 80 is shown.
  • the upper end and the lower end are located at the same positions as the upper end and the lower end of the light distribution pattern 70. It is assumed that the centers of the light distribution patterns 70 and 80 are located at the same position.
  • S indicates a horizontal line
  • C indicates a reference axis that passes through the center of the light distribution pattern 70 in the left-right direction and extends in the front-rear direction of the vehicle orthogonal to the light distribution pattern 70
  • V indicates a reference axis with respect to the reference axis C.
  • the light distribution pattern 70 has cut-off line CL1, CL2, and CL3 at the upper end.
  • the cut-off line CL1 is provided on the opposite side of the cut-off line CL3 with the cut-off line CL2 as a reference.
  • the intersection of the cut-off line CL1 and the cut-off line CL2 is referred to as an elbow point EP.
  • the elbow point EP is located below the horizon S and on the vertical line V.
  • the elbow point EP may be located below the horizon S and near the vertical line V.
  • the cut-off line CL1 extends horizontally from the elbow point EP to the right side, which is one side in the left-right direction of the vehicle.
  • the cut-off line CL2 extends diagonally upward to the left in the vertical and horizontal directions of the vehicle from the elbow point EP.
  • the end of the cut-off line CL2 on the side opposite to the elbow point EP side is located above the horizon S.
  • the cut-off line CL3 extends horizontally from the above-mentioned end of the cut-off line CL2 to the left side in the left-right direction of the vehicle.
  • the light amount is the largest in the hot zone HZL located near the elbow point EP, and gradually decreases as the distance from the hot zone HZL increases.
  • a coma aberration that extends a point image in the light distribution pattern 70 from the inside of the light distribution pattern 70 toward the outside of the light distribution pattern 70 in the left-right direction of the light distribution pattern 70 is generated.
  • the phase distribution of the light L transmitted through the region is changed.
  • the meta region of the present embodiment widens the divergence angle of the light L due to the coma aberration in the left-right direction of the light distribution pattern 70 formed by the light L, as compared with the case where the coma aberration does not occur.
  • the light distribution pattern 70 is wider than the light distribution pattern 80 in the left-right direction of the 70.
  • the light distribution pattern 70 a part of the light distribution pattern 70 between the V line and the left end of the light distribution pattern 70 is set as a region 70a, and the light distribution pattern 70 between the V line and the right end of the light distribution pattern 70 The remaining part is the region 70b.
  • the meta region widens the divergence angle of the light L forming the region 70a to the left from the reference axis C of the light distribution pattern 70 due to coma aberration.
  • the divergence angle of the light L forming the region 70b is widened to the right from the reference axis C of the light distribution pattern 70 by coma aberration.
  • the light distribution pattern 70 spreads to the left side where the left end of the light distribution pattern 80 is outside in the region 70a, and spreads to the right side where the right end of the light distribution pattern 80 is outside in the region 70b. It becomes.
  • the divergence angle of the light L forming the region 70a and spreading to the left and the divergence angle of the light L forming the region 70b and spreading to the right are the same.
  • the spread amount of each of the right end and the left end of the light distribution pattern 70 can be the same, and the design of the metal lens 30 can be facilitated as compared with the case where the spread amount is not the same.
  • the phase distribution of the light L transmitted through the meta region is changed so that coma aberration occurs, and the light L transmitted through the meta region is compared with the case where coma aberration does not occur.
  • the divergence angle of the light distribution pattern 70 is widened in the left-right direction.
  • the emission angle of the light L can be widened by adjusting the arrangement of the plurality of cells 33 and the size and shape of the nanostructure 35 in each cell 33.
  • the divergence angle can be further widened in the left-right direction due to the elongation of light L due to coma aberration. Therefore, according to the vehicle lighting tool 1 of the present embodiment, the light distribution pattern 70 is further in the left-right direction than the light distribution pattern projected from the metal lens 30 in which the divergence angle of the light L is widened without causing coma. Can spread.
  • a projection lens as described above having a curved surface is designed so that coma aberration is suppressed. Therefore, when a projection lens is used, the spread of the divergence angle of the light from the light source unit is suppressed by the projection lens, and the spread of the light distribution pattern projected to the outside of the vehicle lamp is suppressed.
  • the meta region of the meta lens 30 configured as the projection lens of the present embodiment the emission angle of the light L from the light source unit 20 is widened as described above by generating coma, so that the light distribution pattern 70 may be wider than the light distribution pattern projected from the projection lens.
  • both a projection lens and an additional lens are used in order to widen the light distribution pattern.
  • the metal lens 30 of the present embodiment it is not necessary to adjust the relative position between the projection lens and the lens as compared with the case where the light distribution pattern is spread by the projection lens and the lens different from the projection lens. The number of points can be reduced, and the weight of the vehicle lamp 1 can be reduced. Further, as compared with the case where the light divergence angle is widened by the above-mentioned projection lens and the above-mentioned another lens, in the vehicle lamp 1 of the present embodiment, the divergence angle of the light L can be widened by one metal lens 30, and the size is small. Can be changed.
  • the spread amount of the light distribution pattern 70 is adjusted by the spread amount of the divergence angle of the light L, the spread amount of the divergence angle is adjusted by the above-mentioned elongation of the light L which is the degree of coma aberration, and the elongation of the light L is plural. It is adjusted by the arrangement of the cells 33 and the size and shape of the nanostructure 35 in each cell 33. Since the degree of freedom in designing the metal lens 30 is increased in this way, in the vehicle lamp 1 of the present embodiment, the light distribution pattern 70 has a light distribution pattern 70 as compared with a projection lens in which coma aberration is unintentionally generated due to processing accuracy. The amount of spread can be easily controlled.
  • the degree of freedom of the spread amount of the light distribution pattern depends on the shape of the projection lens and the light amount distribution in the light distribution pattern projected by the projection lens. Will be limited. However, in the vehicle lamp 1 of the present embodiment, by adjusting the degree of coma aberration described above, the degree of freedom of the spread amount of the light distribution pattern 70 can be improved as compared with the projection lens that intentionally generates coma aberration. ..
  • the light distribution pattern 70 can be easily expanded in the left-right direction by arranging the plurality of cells 33 and adjusting the size and shape of the nanostructure 35 in each cell 33.
  • the metal lens 30 can be easily produced as compared with the production of a projection lens in which coma aberration is intentionally generated so that the light distribution pattern 70 spreads in the left-right direction.
  • Examples of aberrations in which light is diverged other than the coma aberration used in the metal lens 30 of the present embodiment include spherical aberration, astigmatism, and image plane aberration.
  • the light on the image plane may diffuse radially from the reference point image to the periphery of the point image. Therefore, with these three aberrations, the blur of the image spreads not only outside the light distribution pattern but also inside the light distribution pattern as in coma. Therefore, the light distribution pattern spread by any one of these three aberrations does not spread efficiently as compared with the light distribution pattern spread by coma aberration.
  • the divergence angle of the light L is widened only in the left-right direction in the direction away from the reference axis C of the light distribution pattern 70 due to coma aberration, so that it is compared with the other three aberrations. Therefore, it becomes easy to efficiently spread the light distribution pattern 70 in the left-right direction, and the spreading direction can be defined in one direction. Further, with the three aberrations, the above-mentioned diffusion may cause blurring of brightness at the left and right edges of the light distribution pattern.
  • the direction in which the light distribution pattern is spread is controlled to be outside the light distribution pattern in the left-right direction due to coma aberration.
  • the amount of light can be gradually reduced from the inside to the outside around the left and right edges of the light distribution pattern, and the brightness at the left and right ends of the light distribution pattern is higher than that of the other three aberrations. Blurring can be suppressed.
  • the light is extended in a certain direction from the point image on the image plane due to coma, and the amount of extension of the light is the spread angle from the point image on the image plane to the outermost angle of the comet-like divergent light spreading from the point image.
  • the amount of light in the light extended by coma is the largest in the point image, and gradually decreases as the distance from the point image increases.
  • the amount of light at the left and right ends of the spreading light distribution pattern 70 gradually decreases from the center side to the outside of the light distribution pattern 70, and uneven light distribution occurs at the left and right ends of the light distribution pattern 70. Can be suppressed.
  • the amount of light elongation may be about 15% of the spread angle of the light forming the point image on the image plane, and is 50% of the spread angle. If there is, it is very effective.
  • the light distribution pattern 70 has been described as a light distribution pattern for a low beam, it may be a light distribution pattern for a high beam.
  • the meta region In the meta region, coma aberration is suppressed in the central portion of the light distribution pattern 70, and the divergence angle may be widened toward the end of the light distribution pattern 70. As a result, the amount of light in the center is maintained, and the driver's field of vision is widened. Further, the meta region may widen one of the divergence angle of the light L forming the region 70a and spreading to the left and the divergence angle of the light L forming the region 70b and spreading to the right. As a result, only one of the right end and the left end of the light distribution pattern 70 can be spread. Further, the meta region may form a region 70a and widen the divergence angle of at least a part of the light L spreading to the left.
  • the meta region may form a region 70b and widen the divergence angle of at least a part of the light L spreading to the right. As a result, at least a part of the right end of the light distribution pattern 70 can be expanded.
  • a vehicle lamp 1 provided with a meta lens 30 having a meta region that changes the phase distribution of the light L so as to generate coma has been described by taking the fifth embodiment as an example. Not limited.
  • the second modification, the third modification, and the fourth modification, which are modifications of the vehicle lamp 1, will be described below.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the light distribution pattern in the second modification
  • FIG. 12 is a diagram showing another example of the light distribution pattern in the second modification.
  • the meta region of this modification forms a divergence angle of light L that forms a region 70a and spreads to the left from the reference axis C of the light distribution pattern 70, and forms a region 70b and spreads to the left from the reference axis C of the light distribution pattern 70.
  • One of the divergence angles of the light L may be larger than the other.
  • one of the spread amount at the right end of the light distribution pattern 70 and the spread amount at the left end of the light distribution pattern 70 becomes larger than the other.
  • the meta region forms the region 70a and forms the divergence angle of the light L spreading to the left from the reference axis C of the light distribution pattern 70 to form the region 70b, and the light L spreads to the right from the reference axis C of the light distribution pattern 70.
  • the light distribution pattern 70 spreads wider to the left end than to the right end as shown in FIG.
  • the irradiation range of the light L on an object such as a pedestrian or a road sign located on the sidewalk on the traveling lane side can be expanded.
  • the meta region forms the region 70b and the emission angle of the light L extending to the right from the reference axis C of the light distribution pattern 70 forms the region 70a, and the light spreads to the left from the reference axis C of the light distribution pattern 70.
  • the light distribution pattern 70 spreads widely to the right end rather than the left end as shown in FIG.
  • the irradiation range of the light L on an object such as a pedestrian located on the sidewalk on the oncoming lane side can be expanded. Therefore, the driver of the vehicle may be able to more easily see the object located on the side where the light distribution pattern is widened.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a light distribution pattern in the third modification.
  • the light distribution pattern 70 of this modification is configured by overlapping the light distribution pattern 71 projected from the vehicle lighting tool 1 on the left side and the light distribution pattern 73 projected from the vehicle lighting tool 1 on the right side.
  • the light distribution pattern 71 is provided with hatching extending diagonally upward to the left
  • the light distribution pattern 73 is provided with hatching extending diagonally upward to the right.
  • the left end of the light distribution pattern 71 is located outside the left end of the light distribution pattern 73.
  • the right end of the light distribution pattern 73 is located outside the right end of the light distribution pattern 71.
  • the light distribution pattern 80 is formed by overlapping the light distribution patterns projected from the left and right vehicle lamps 1.
  • the light distribution pattern 80 is not hatched in order to easily distinguish it from the light distribution patterns 71 and 73.
  • the meta region of the vehicle lamp 1 on the left side widens the divergence angle of the light L to the left from the optical axis, which is the direction away from the reference axis C of the light distribution pattern 70 due to coma.
  • the left end of the light distribution pattern 71 extends to the left of the left end of the light distribution pattern 80.
  • the meta region of the vehicle lamp 1 on the right side widens the divergence angle of the light L to the right from the optical axis which is the direction away from the reference axis C of the light distribution pattern 70 due to coma.
  • the left end of the light distribution pattern 73 extends to the right of the right end of the light distribution pattern 80.
  • the light distribution pattern 70 can be expanded to the left and right. ..
  • the metal lens 30 for the left side is replaced with another metal lens 30 for the left side having a different degree of coma aberration from the metal lens 30 for the left side before replacement, so that the light distribution pattern is in the left direction. You can adjust the spread.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a light distribution pattern in the fourth modification.
  • S1 is a line parallel to the horizontal line S and passes through the center of the light distribution pattern 70.
  • a part of the light distribution pattern 70 between the S1 line and the upper end of the light distribution pattern 70 is set as a region 70c, and the rest of the light distribution pattern 70 between the S1 line and the lower end of the light distribution pattern 70.
  • the light distribution pattern 70 is for a low beam, and it is necessary to fix the position of the cut line.
  • the meta region is upward from the optical axis, which is a direction in which the divergence angle of the light L forming the region 70c is separated from the reference axis C of the light distribution pattern 70 due to coma when the metal lens 30 is viewed from the horizontal direction.
  • the divergence angle of the light L forming the region 70d is widened downward from the optical axis, which is the direction away from the reference axis C of the light distribution pattern 70 due to coma.
  • the light distribution pattern 70 becomes a light distribution pattern in which the lower end of the light distribution pattern 80 spreads downward in the region 70d.
  • the meta region uses coma aberration to determine the divergence angle of the light L forming the region 70c when the metal lens 30 is viewed from the horizontal direction. It may be expanded upward from the optical axis, which is a direction away from the reference axis C of 70. As a result, the light distribution pattern 70 becomes a light distribution pattern in which the upper end of the light distribution pattern 80 spreads upward in the region 70c.
  • a coma aberration that extends the point image in the light distribution pattern 70 from the inside of the light distribution pattern 70 toward the outside of the light distribution pattern 70 in the vertical direction of the light distribution pattern 70 occurs.
  • the phase distribution of the light L transmitted through the light L is changed.
  • the meta region widens the divergence angle of the light L in the vertical direction of the light distribution pattern in the direction away from the reference axis C of the light distribution pattern 70 as compared with the case where coma aberration does not occur, as compared with the light distribution pattern 80.
  • the light distribution pattern 70 is also extended in the vertical direction, which is the height direction of the light distribution pattern. In this case, the driver of the vehicle may be able to easily see an object such as a guide sign or a road surface.
  • the meta region forms the end side of the light distribution pattern 70 in the left-right direction, and forms the end side of the light distribution pattern 70 in the vertical direction with the divergence angle of the light L spreading in the left-right direction from the reference axis C of the light distribution pattern 70. It is wider than the divergence angle of the light L spreading in the vertical direction from the reference axis C of the light distribution pattern 70.
  • the spread amount of each of the left and right ends of the light distribution pattern 70 becomes larger than the spread amount of the lower end of the light distribution pattern 70, and the light distribution pattern 70 has a light distribution pattern without changing the light amount of the light emitted from the metal lens 30. It spreads more in the left-right direction than in the up-down direction of 70.
  • the driver's field of view can be widened in the left-right direction rather than the up-down direction by the light distribution pattern.
  • the driver of the vehicle can see pedestrians and objects such as road signs. It may be easier to see.
  • the meta region may not widen the divergence angle of the light L forming the lower end side of the light distribution pattern 70, or may widen the divergence angle of the light L forming the upper end side of the light distribution pattern 70.
  • the meta region may widen the divergence angle of the light L forming the end side of the light distribution pattern 70 in the vertical direction from the divergence angle of the light L forming the end side of the light distribution pattern 70 in the left-right direction.
  • the light distribution pattern 70 spreads more in the vertical direction than in the horizontal direction of the light distribution pattern 70.
  • light such as sunlight is emitted from the outside of the vehicle lamp 1 through the front cover 12 to the housing of the vehicle lamp 1. It may be incident on the inside of 10.
  • the light incident on the inside of the housing 10 is incident on the main surface 32s in the metal lens 30, emitted from the main surface 31s toward the light source unit 20, and travels in the direction opposite to the light L from the light source unit 20 to be the light source unit. It may be focused on 20.
  • the light source unit 20 may be deteriorated due to the light collection.
  • the meta region of the present embodiment suppresses light collection by a bending force, and the bending force will be described below.
  • the longest wavelength of visible light contained in light is 660 nm
  • the shortest wavelength of infrared light contained in light is 1000 nm
  • the wavelength ratio of each light in this case is 1: 1.5.
  • Bending force refers to the force that the refracting lens and the meta region bend the light that passes through them. The smaller the bending force, the smaller the bending angle of the light transmitted through each, and the more the focusing of light is suppressed.
  • Acrylic or polycarbonate is mentioned as the main material of the refracting lens.
  • the refractive index of the acrylic refracting lens is 1.489 with respect to visible light and 1.483 with respect to infrared light.
  • the refractive index of the refractive index made of polycarbonate is 1.579 with respect to visible light and 1.568 with respect to infrared light.
  • the bending force of the refracting lens is proportional to the "refractive index -1". Therefore, in a refracting lens made of acrylic, if the bending force of the refracting lens that bends visible light is 1, the bending force of the refracting lens that bends infrared light is approximately 0.98. Further, in a refracting lens made of polycarbonate, assuming that the bending force of the refracting lens that bends visible light is 1, the bending force of the refracting lens that bends infrared light is approximately 0.98.
  • the bending force of the refracting lens that bends infrared light is approximately 0.98 times the bending force of the refracting lens that bends visible light.
  • the bending force of the refracting lens that bends the infrared light is almost the same as the bending force of the refracting lens that bends the visible light
  • the bending angle of the infrared light is almost the same as the bending angle of the visible light
  • the infrared light The focal distance of the refracting lens that bends is approximately the same as the focal distance in the case of visible light. Therefore, the refracting lens makes it easy to collect infrared light.
  • the phase distribution of the light transmitted through the meta region is changed by the meta region as described above. Since the phase represents the advance and delay of the wavefront of light, the light given the phase distribution has a slope on the wavefront. Since the light travels in a direction perpendicular to the wavefront, the wavefront of the phase-modulated light in the meta region tilts in a direction different from the original traveling direction due to the above effect, and the traveling direction of the light is bent. Therefore, the bending force of the meta region that bends the light transmitted through the meta region is substantially proportional to the value of the product of the phase modulation amount of the light and the wavelength of the light. As described above, the meta region changes the phase distribution of the light transmitted through the meta region.
  • This phase distribution changes according to the arrangement of the plurality of cells 33 and the size and shape of the nanostructure 35 in each cell 33.
  • the meta region changes the phase distribution of the light transmitted through the meta region.
  • the phase modulation amount of the light is changed by the change.
  • the ratio of the phase modulation amount of visible light to the phase modulation amount of infrared light is set to 4: 1 by the above adjustment, and the longest wavelength of visible light and the infrared light The ratio to the shortest wavelength is 1: 1.5. Therefore, in this case, the ratio of the bending force of the meta region that bends visible light to the bending force of the meta region that bends infrared light is 1: 0.3.
  • the meta region changes the phase distribution of the light transmitted through the meta region by the above adjustment, the phase modulation amount of the light is changed by the change, and the visible light transmitted through the meta region is changed by this change.
  • the bending force of the meta region that bends the infrared light that passes through the meta region is smaller than the bending force of the bending meta region.
  • the bending angle of infrared light is smaller than the bending angle of visible light, so that the meta region is of infrared light. Condensation can be suppressed. Therefore, in the meta region, visible light is focused on the light source unit 20, the focusing of infrared light is suppressed, and infrared light is transmitted.
  • the bending force of the meta region that bends infrared light is smaller than the bending force of the refracting lens that bends the infrared light by the above adjustment. Therefore, the bending angle of the infrared light due to the meta region is smaller than the turning angle of the infrared light due to the refracting lens.
  • the focal length of the refracting lens that bends visible light is 50 mm
  • the focal length of the refracting lens that bends infrared light is approximately 0 from the focal length that bends visible light due to the above-mentioned bending force ratio of the refracting lens. .1 mm off.
  • the focal length of the metal lens 30 including the meta region that bends visible light is 50 mm as described above
  • the focal length of the metal lens 30 including the meta region that bends infrared light is the meta region. It deviates approximately 100 mm from the focal length of the metal lens 30 including the meta region that bends visible light due to the above bending force ratio.
  • the bending force of the meta region to bend the infrared light is smaller than that of the refracting lens
  • the bending angle of the infrared light due to the meta region is smaller than the bending angle of the infrared light due to the refracting lens, so that the meta region is smaller than that of the refracting lens.
  • the meta region can suppress the focusing of infrared light.
  • the ratio of the bending force of the meta region that bends visible light to the bending force of the meta region that bends infrared light is approximately 1: 0.9, that is, the bending force of the meta region that bends infrared light is visible. It is approximately 0.9 times the bending force of the meta region that bends light.
  • phase modulation amount of visible light and the infrared light when the ratio of the bending force of the meta region that bends visible light to the bending force of the meta region that bends infrared light is approximately 1: 0.9.
  • the ratio with the phase modulation amount will be described.
  • the ratio of the phase modulation amount of visible light to the phase modulation amount of infrared light is 1: X.
  • the ratio of each wavelength of visible light and infrared light is 1: 1.5 as described above.
  • the ratio of the bending force of the meta region that bends visible light to the bending force of the meta region that bends infrared light is approximately 1: 0.9 as described above.
  • the bending force of the meta region that bends each of the visible light and the infrared light is roughly proportional to the value of the product of the phase modulation amount and the wavelength. Therefore, X is 0.6, and the phase modulation amount of infrared light is 0.6 times the phase modulation amount of visible light.
  • the phase modulation amount of infrared light is visible light. It is preferable that the amount of phase modulation is less than 0.6 times.
  • the bending force of the refracting lens that bends infrared light is approximately 0.98 times the bending force of the refracting lens that bends visible light, and the bending force of the meta region that bends infrared light is visible light. It is less than 0.9 times the bending force of the bending meta region. Comparing the bending force of the meta region that bends infrared light and the bending force of the refracting lens that bends infrared light based on the respective bending forces that bend visible light, the bending force of the meta region that bends infrared light The bending force is smaller than the bending force of the refracting lens that bends the infrared light. Therefore, the meta region can suppress the focusing of infrared light more than the refracting lens.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the diameter of the nanostructure 35 and the respective phase modulation amounts of visible light having the longest wavelength of 660 nm and infrared light having the shortest wavelength of 1000 nm.
  • the solid line shows the relationship between the diameter of the nanostructure 35 and the phase modulation amount of visible light
  • the broken line shows the relationship between the diameter of the nanostructure 35 and the phase modulation amount of infrared light.
  • the shape of the nanostructure 35 may be cylindrical, and the diameter range of the cylindrical nanostructure 35 may be a diameter corresponding to this range, for example, from 0 nm to 250 nm. Suitable. In the present embodiment, it is more preferable that the diameter range of the nanostructure 35 is, for example, from 100 nm to 250 nm, and a plurality of nanostructures 35 having a diameter within this range are arranged.
  • the phase modulation amount of visible light is 0.5 ⁇ radian. Therefore, the meta region suppresses the focusing of infrared light and transmits infrared light.
  • the shape of the nanostructure 35 is a cylinder, the longer the wavelength of the light to be focused, the smaller the slope of the graph shown in FIG. 15, and the wider the range of the diameter of the nanostructure 35.
  • the meta region of the present embodiment changes the phase distribution of the light transmitted through the meta region, and the meta region is larger than the bending force of the meta region that bends the visible light contained in the light transmitted through the meta region.
  • the bending force of the meta region that bends the infrared light contained in the transmitted light is reduced.
  • the meta region changes the phase distribution of the light transmitted through the meta region.
  • This phase distribution changes according to the arrangement of the plurality of cells 33 and the size and shape of the nanostructure 35 in each cell 33. Therefore, by adjusting these, the meta region changes the phase distribution of the light transmitted through the meta region, and the infrared light contained in the light is more than the bending force of the meta region that bends the visible light contained in the light. Reduce the bending force of the meta region that bends. The smaller the bending force, the smaller the bending angle of the light transmitted through the meta region, and the more the focusing of the light is suppressed.
  • the vehicle lighting tool 1 has infrared light contained in the sunlight. Since the bending angle of the above bending force is smaller than the bending angle of visible light in sunlight, the meta region can suppress the focusing of infrared light traveling to the light source unit 20 as compared with the projection lens. When the light collection of infrared light is suppressed, the deterioration of the light source unit 20 due to the light collection of infrared light can be suppressed as compared with the projection lens.
  • the influence of the deterioration of the light source unit 20 on the light L emitted from the light source unit 20 is suppressed, and a predetermined light distribution pattern can be projected.
  • the shape of the nanostructure 35 a cylindrical shape, even if the visible light from the light source unit 20 is randomly polarized light, the visible light can be efficiently bent.
  • a vehicle lamp 1 provided with a meta lens 30 having a meta region having a meta region in which the bending force for bending infrared light is smaller than the bending force for bending visible light has been described by taking the sixth embodiment as an example. Is not limited to this. A modification of the sixth embodiment will be described below.
  • sunlight is used as the light incident on the inside of the vehicle lamp 1 from the outside of the vehicle lamp 1, but the light needs to be limited to the sunlight. Instead, it may be infrared light or visible light incident on the inside of the vehicle lamp 1 from the outside of the vehicle lamp 1. Further, as an example of a wavelength ratio of 1: 1.5, the longest wavelength of visible light is 660 nm and the shortest wavelength of infrared light is 1000 nm. However, if the ratio is 1: 1.5, visible light is used. The respective wavelengths of the infrared light and the infrared light are not particularly limited.
  • the light distribution pattern projected from the vehicle lighting fixture 1 may be a light distribution pattern for a low beam or a light distribution pattern for a high beam.
  • FIG. 16 is a diagram showing a vehicle lamp according to the present embodiment in the same manner as in FIG.
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing the spectral distribution of the light emitted from the light source unit 20 and the transmittance distribution of the light of the metal lens 30 in the present embodiment.
  • the horizontal axis is the wavelength
  • the first vertical axis is the relative intensity based on the maximum intensity
  • the second vertical axis is the relative transmittance based on the maximum transmittance. be.
  • the spectral power distribution is shown by a thin line
  • the transmittance distribution is shown by a thick line.
  • the wavelength band of the light L emitted from the light source unit 20 is approximately 380 nm to 780 nm.
  • the spectral distribution 90 of the light L has four peaks 91, 92, 93, 94.
  • the wavelengths 91w, 92w, 93w, and 94w at the peaks 91, 92, 93, and 94 become longer in the order of wavelength 91w, wavelength 92w, wavelength 93w, and wavelength 94w.
  • the wavelength 91w is approximately 410 nm
  • the wavelength 92w is approximately 460 nm
  • the wavelength 93w is approximately 530 nm
  • the wavelength 94w is approximately 620 nm.
  • the wavelength 91w is the shortest and the wavelength 94w is the longest.
  • the wavelengths 91w, 92w, 93w, 94w at these peaks 91, 92, 93, 94 are included in the wavelength band of visible light.
  • the spectral power distribution 90 may have a peak not included in the wavelength band of visible light. Further, the number of peaks in the spectral distribution 90 is not limited, and for example, the spectral distribution 90 may not have peaks.
  • the spectral distribution of the light emitted from each light emitting element 21 is substantially the same as the spectral distribution 90 shown in FIG. be.
  • sunlight L2 enters the light chamber R through the front cover 12 and passes through the metal lens 30 to the light source unit. 20 may be irradiated.
  • the metal lens 30 reduces the divergence angle of the light L from the light source unit 20 passing through the metal lens 30. Therefore, the sunlight L2 transmitted through the metal lens 30 is condensed and irradiated to the light source unit 20.
  • FIG. 18 is a diagram schematically showing the spectral distribution of sunlight L2 near the ground surface and the light transmittance distribution of the metal lens 30 of the present embodiment.
  • the horizontal axis is the wavelength
  • the vertical axis is the relative intensity based on the maximum intensity
  • the second vertical axis is the relative transmittance based on the maximum transmittance.
  • the spectral distribution is shown by a thin line
  • the transmittance distribution in the range of 300 nm to 2500 nm is shown by a thick line.
  • the sunlight L2 includes infrared light as well as visible light.
  • a phenomenon may occur in which the transmittance of light of a specific wavelength becomes extremely lower than the transmittance of light of other wavelengths. It is known that there are multiple specific wavelengths. These specific wavelengths are wavelengths at which the light transmittance in the metal lens peaks, and are called resonance wavelengths. These resonance wavelengths are determined according to the size and shape of the nanostructure in each cell, the refractive index of the material constituting the nanostructure, and the like. In the present embodiment, as shown in FIG.
  • the longest resonance wavelength 30w1 and the second longest resonance wavelength 30w2 are included in the range of 800 nm or more and less than 2400 nm, and second.
  • the long resonance wavelength 30w2 is included in the range of 800 nm or more and less than 900 nm.
  • the resonance wavelength 30w1 is approximately 1700 nm
  • the resonance wavelength 30w2 is approximately 850 nm.
  • the third longest resonance wavelength, 30w3, is approximately 425 nm.
  • FIG. 18 shows the alternate long and short dash lines SL1, SL2, SL3 showing these resonance wavelengths 30w1, 30w2, 30w3. Further, FIG.
  • the resonance wavelength 30w3 is included in the wavelength band of the light L emitted from the light source unit 20, and the light L from the light source unit 20 includes light having the same wavelength as the resonance wavelength 30w3.
  • this resonance wavelength 30w3 is different from the wavelengths 91w, 92w, 93w, 94w of the peaks 91, 92, 93, 94 in the spectral distribution 90 of the light L. Therefore, all of the plurality of resonance wavelengths in the metal lens 30 are different from the wavelengths of these peaks.
  • the resonance wavelength 30w3 is a wavelength between the wavelengths 91w and 92w of the peaks 91 and 92 adjacent to each other.
  • the resonance wavelength of at least one of the metal lenses 30 may be 800 nm or more and less than 2400 nm.
  • the longest resonance wavelength may be the resonance wavelength 30w2
  • the second longest resonance wavelength may be the resonance wavelength 30w3.
  • At least one resonance wavelength in the metal lens 30 is 800 nm or more and less than 2400 nm.
  • sunlight generally near the surface of the earth includes light having a wavelength band of 800 nm to 2400 nm. Therefore, according to the vehicle lamp 1 of the present embodiment, when the sunlight L2 passes through the metal lens 30 and irradiates the light source unit 20, the sunlight L2 is compared with the case where the metal lens 30 is used as a projection lens. Of these, the amount of irradiation of light having a wavelength of 800 nm to 2400 nm to the light source unit 20 can be reduced. Therefore, according to the vehicle lamp 1 of the present embodiment, the amount of heating of the light source unit 20 by the sunlight L2 can be reduced and the deterioration of the light source unit 20 by the sunlight L2 can be suppressed as compared with the above case.
  • the resonance wavelength 30w2 is included in the range of 800 nm or more and less than 900 nm.
  • the intensity of sunlight L2 near the surface of the earth tends to decrease as the wavelength becomes longer in the wavelength band of 800 nm or more.
  • the spectral distribution 100 of the sunlight L2 has a plurality of valleys in which the intensity sharply decreases.
  • the minimum intensity in this valley is, for example, 50% or less of the intensity in the vicinity of the valley.
  • Such valleys tend not to be located in the range of 800 nm or more and less than 900 nm.
  • a plurality of resonance wavelengths may be included in the range of 800 nm or more and less than 900 nm, and the resonance wavelength may not be included in this range.
  • the spectral distribution 90 of the light L emitted from the light source unit 20 has four peaks 91, 92, 93, 94.
  • the plurality of resonance wavelengths are different from the wavelengths 91w, 92w, 93w, 94w of the peaks 91, 92, 93, 94.
  • the light having the wavelengths at the peaks 91, 92, 93, 94 of the spectral distribution 90 tends to greatly affect the color tone of the light emitted from the vehicle lamp.
  • the vehicle lamp 1 of the present embodiment it is possible to suppress that the transmittance of the light having a wavelength that greatly affects the color tone of the emitted light in the metal lens 30 is lowered, and emit light of a desired color tone. Can be.
  • the spectral power distribution 90 may have a plurality of peaks, and the plurality of resonance wavelengths may be different from the respective wavelengths of the plurality of peaks.
  • a plurality of resonance wavelengths may be included in the wavelength band of the light L emitted from the light source unit 20.
  • the resonance wavelength 30w3 included in the wavelength band of the light L from the light source unit is a wavelength between the wavelengths 91w and 92w of the peaks 91 and 92 adjacent to each other.
  • the resonance wavelength 30w3 is preferably the same as the wavelength of the light L having the minimum intensity between the peaks 91 and 92 adjacent to each other.
  • the ratio of the light intensity of the resonance wavelength 30w3 in the light L from the light source unit 20 to the maximum intensity in the entire spectral distribution 90 is 0.1 or less. preferable. With such a configuration, it is possible to suppress a decrease in the amount of emitted light as compared with the case where this ratio exceeds 0.1. Further, with such a configuration, it is possible to make it easier to emit light having a desired color tone as compared with the case where this ratio exceeds 0.1. It is more preferable that this ratio is zero. However, this ratio may exceed 0.1.
  • the ratio of the amount of light of the resonance wavelength 30w3 to the amount of light L from the light source unit 20 to the total amount of light L from the light source unit 20 is preferably less than 4%.
  • the metal lens 30 reduces the emission angle of the light L from the light source unit 20 transmitted through the metal lens 30. Therefore, since the sunlight L2 transmitted through the metal lens 30 is condensed and irradiated to the light source unit 20, the light source unit 20 increases the emission angle of the light L from the light source unit 20 as compared with the case where the metal lens 30 increases the emission angle of the light L from the light source unit 20. There is a high possibility of deterioration. Therefore, the vehicle lamp 1 of the present embodiment is particularly useful when the divergence angle of the light L from the light source unit 20 is reduced.
  • the vehicle lamp 1 of the present embodiment includes a housing 10 that houses the light source unit 20 and the metal lens 30.
  • the sunlight L2 transmitted through the metal lens 30 may be irradiated on the inner surface of the housing 10.
  • 800 nm of the sunlight L2 is compared with the case where the metal lens 30 is used as a projection lens. It is possible to reduce the amount of irradiation of light having a wavelength of 2400 nm onto the inner surface of the housing 10.
  • a vehicle lamp 1 provided with a metal lens 30 having at least one resonance wavelength of 800 nm or more and less than 2400 nm has been described by taking the seventh embodiment as an example. However, such a vehicle lamp 1 is not limited to this. A modified example of the seventh embodiment will be described below.
  • the metal lens 30 including the resonance wavelength 30w3 in which a plurality of resonance wavelengths are included in the wavelength band of the light L emitted from the light source unit 20 has been described as an example.
  • all of the plurality of resonance wavelengths in the metal lens 30 do not have to be included in the wavelength band of the light L emitted from the light source unit 20.
  • the light L emitted from the light source unit 20 does not have to include all of the plurality of resonance wavelengths in the metal lens 30.
  • light having a desired color tone can be emitted as compared with the case where at least one resonance wavelength is included in the wavelength band of the light L emitted from the light source unit 20.
  • the metal lens 30 in which all of the plurality of resonance wavelengths are different from the respective wavelengths of the plurality of peaks has been described as an example.
  • the plurality of resonance wavelengths may be different from the respective wavelengths of the plurality of peaks, and for example, a specific resonance wavelength may be the same as the wavelength of a certain peak. .. From the viewpoint of emitting light having a desired color tone, it is preferable that all of the plurality of resonance wavelengths are different from the wavelengths of the plurality of peaks.
  • the light transmittance distribution of the metal lens 30 has a relative transmittance based on the maximum transmittance of the light L from the light source unit 20 transmitted through the metal lens 30. It is preferable that a plurality of continuous resonance wavelength bands which are 80% or less and include one resonance wavelength are included, and at least one of these resonance wavelength bands is different from each wavelength of the plurality of peaks. In this case, it is more preferable that all of these resonance wavelength bands are different from the respective wavelengths of the plurality of peaks.
  • the light transmittance distribution of the metal lens 30 has a relative transmittance of 60% or less based on the maximum transmittance of the light L from the light source unit 20 transmitted through the metal lens 30, and is continuous including one resonance wavelength.
  • a plurality of the resonance wavelength bands are included, it is more preferable that at least one of these resonance wavelength bands is different from the wavelength of each of the plurality of peaks. In this case, it is more preferable that all of these resonance wavelength bands are different from the respective wavelengths of the plurality of peaks.
  • the light transmittance distribution of the metal lens 30 has a relative transmittance of 40% or less based on the maximum transmittance of the light L from the light source unit 20 transmitted through the metal lens 30, and is continuous including one resonance wavelength.
  • the resonance wavelength bands When a plurality of the resonance wavelength bands are included, it is more preferable that at least one of these resonance wavelength bands is different from the wavelength of each of the plurality of peaks. In this case, it is more preferable that all of these resonance wavelength bands are different from the respective wavelengths of the plurality of peaks.
  • the longest resonance wavelength in the metal lens is larger than the shortest wavelength among the peak wavelengths of the spectral distribution of light from the light source unit. It may be short. That is, the light source unit and the metal lens may be configured so as to be like this.
  • FIG. 19 is a diagram showing the spectral distribution 90 of the light emitted from the light source unit 20 according to the fifth modification and the transmittance distribution of the light of the metal lens 30 in the same manner as in FIG.
  • the resonance wavelength of the metal lens 30 is different from the resonance wavelength in the above embodiment.
  • the spectral distribution 90 is the same as the spectral distribution 90 of the above embodiment, but may be different.
  • the longest resonance wavelength 30w1 in the metal lens 30 is included in the wavelength band of the light L from the light source unit 20. However, as described above, this longest resonance wavelength 30w1 is shorter than the shortest wavelength 91w among the wavelengths 91w, 92w, 93w, 94w at each of the plurality of peaks 91, 92, 93, 94. Therefore, all of the plurality of resonance wavelengths in the metal lens 30 are shorter than the wavelength 91w.
  • the longest resonance wavelength 30w1 in the metal lens 30 may be shorter than the shortest wavelength in the wavelength band of the light L from the light source unit 20. Further, from this viewpoint, the longest resonance wavelength 30w1 in the metal lens 30 may be shorter than the shortest wavelength in the wavelength band of visible light, for example, 380 nm. That is, the metal lens 30 may be configured in this way.
  • FIG. 20 is a diagram schematically showing the spectral distribution of the light emitted from the light source unit 20 and the transmittance distribution of the light of the metal lens 30 in the present embodiment.
  • the horizontal axis is the wavelength
  • the first vertical axis is the relative intensity based on the maximum intensity
  • the second vertical axis is the relative transmittance based on the maximum transmittance. be.
  • the spectral distribution is shown by a thin line and the transmittance is shown by a thick line.
  • the spectral distribution 90 has four peaks 91, 92, 93, 94.
  • the wavelengths 91w, 92w, 93w, and 94w at the peaks 91, 92, 93, and 94 increase in the order of wavelength 91w, wavelength 92w, wavelength 93w, and wavelength 94w.
  • the wavelength 91w is approximately 410 nm
  • the wavelength 92w is approximately 460 nm
  • the wavelength 93w is approximately 530 nm
  • the wavelength 94w is approximately 620 nm. Therefore, among the wavelengths 91w, 92w, 93w, 94w at the plurality of peaks 91, 92, 93, 94, the wavelength 91w is the shortest and the wavelength 94w is the longest.
  • the wavelengths 91w, 92w, 93w, 94w at these peaks 91, 92, 93, 94 are included in the wavelength band of visible light.
  • the spectral distribution 90 may have a peak not included in the wavelength band of visible light.
  • the spectral distribution of the light emitted from each light emitting element 21 is substantially the same as the spectral distribution 90 shown in FIG. be.
  • the shape of the nanostructure 35 is a cylindrical shape, and the diameter is smaller than the wavelength 94w of the peak 94 shown in FIG.
  • the width of the nanostructure 35 may be smaller than the longest wavelength 94w among the wavelengths of the peaks 91, 92, 93, and 94, and the shape of the nanostructure 35 is not particularly limited.
  • the resonance wavelength in the metal lens is determined according to the size and shape of the nanostructure in each cell, the refractive index of the material constituting the nanostructure, and the like.
  • all of the plurality of resonance wavelengths in the metal lens 30 are different from the wavelengths 91w, 92w, 93w, 94w at the respective peaks 91, 92, 93, 94.
  • the longest resonance wavelength 30w1 is longer than the wavelength 94w
  • the second longest resonance wavelength 30w2 is in the wavelength band of the light L from the light source unit 20. included. Note that FIG.
  • the second longest resonance wavelength 30w2 exceeds the shortest wavelength 91w among these wavelengths 91w, 92w, 93w, and 94w and is less than the longest wavelength 92w.
  • the plurality of resonance wavelengths do not include the resonance wavelength that exceeds the shortest wavelength 91w and is less than the longest wavelength 94w, the size and shape of the nanostructure 35 in each cell 33, the arrangement of the cells 33, etc. The design tends to be complicated. Therefore, in the present embodiment, it is possible to suppress the complexity of these designs.
  • the plurality of resonance wavelengths may not include resonance wavelengths having a wavelength of more than 91w and a wavelength of less than 94w.
  • the wavelength of the light from the light source unit 20 having the minimum intensity between the peaks 92 and 93 adjacent to each other among the peaks 91, 92, 93, 94 and the second longest resonance wavelength 30w2 are set. It is the same.
  • the wavelength of the light from the light source unit 20 having the minimum intensity between the peaks 92 and 93 may be different from the resonance wavelength 30w2.
  • the resonance wavelength 30w2 may be a wavelength between peaks 91 and 92, or may be a wavelength between peaks 93 and 94, and the intensity of the light from the light source unit 20 having the minimum intensity between these peaks may be obtained.
  • the wavelength and the resonance wavelength 30w2 may be the same or different.
  • the plurality of resonance wavelengths in the metal lens 30 may include a plurality of resonance wavelengths exceeding the shortest wavelength 91w and less than the longest wavelength 94w.
  • the color tone of the emitted light can be adjusted by appropriately selecting the wavelength of the light emitted from the LED and the phosphor. Therefore, it is considered that by using such a light emitting module as a light source unit of a vehicle lamp, light having a desired color tone can be emitted from the vehicle lamp.
  • the spectral distribution 90 of the light emitted from the light source unit 20 has a plurality of peaks 91, 92, 93, 94. Therefore, according to the vehicle lamp 1 of the present embodiment, the color tone of the emitted light can be a desired color tone as compared with the case where the spectral distribution 90 has only one peak.
  • the plurality of resonance wavelengths in the metal lens 30 of the present embodiment are different from the respective wavelengths 91w, 92w, 93w, 94w of the plurality of peaks 91, 92, 93, 94.
  • the light having wavelengths of 91w, 92w, 93w, and 94w at the plurality of peaks 91, 92, 93, and 94 greatly affects the color tone of the light emitted from the vehicle lamp 1. Therefore, according to the vehicle lamp 1 of the present embodiment, it is possible to suppress the transmittance of the light having wavelengths of 91w, 92w, 93w, and 94w, which greatly affects the color tone of the emitted light, from being lowered in the metal lens 30. It can emit light of a desired color tone.
  • the plurality of resonance wavelengths in the metal lens 30 exceed the shortest wavelength 91w among the respective wavelengths 91w, 92w, 93w, 94w of the plurality of peaks 91, 92, 93, 94 and are the longest. Includes a resonance wavelength of 30w2, which is less than the wavelength of 94w. Further, the wavelength of the light from the light source unit 20 having the minimum intensity between the peaks 92 and 93 adjacent to each other is the same as the resonance wavelength 30w2. With such a configuration, it is possible to suppress a decrease in the amount of emitted light as compared with the case where the wavelength of the light excluding the light having the minimum intensity between the peaks 92 and 93 and the resonance wavelength 30w2 are the same.
  • An eighth embodiment is taken as an example of a vehicle lamp 1 including a light source unit 20 having a plurality of peaks in the spectral distribution of emitted light and a metal lens 30 having a plurality of resonance wavelengths different from the respective wavelengths of the plurality of peaks. explained. However, such a vehicle lamp 1 is not limited to this. A modification of the eighth embodiment will be described below.
  • the light source unit 20 in which the spectral distribution 90 emits light L having four peaks 91, 92, 93, 94 has been described as an example.
  • the light source unit 20 may be configured to emit light having a plurality of peaks in the spectral distribution.
  • the light source unit 20 may have a light-shielding plate that shields a part of the light emitted from the light-emitting element 21, or has a reflector that reflects at least a part of the light emitted from the light-emitting element 21. May be good.
  • the number of peaks of the spectral distribution 90 of the light L emitted from the light source unit 20 is not particularly limited.
  • the light source unit 20 may be configured to emit light having a spectral distribution shown in FIG.
  • FIG. 21 is a diagram showing the spectral distribution of the light emitted from the light source unit according to the sixth modification and the transmittance distribution of the light of the metal lens in the same manner as in FIG. 20.
  • a sixth modification example in which the spectral distribution of the light emitted from the light source unit is the spectral distribution shown in FIG. 21 will be described.
  • the same or equivalent components as those in the eighth embodiment are designated by the same reference numerals and duplicated description will be omitted unless otherwise specified.
  • the spectral distribution 90 in this modification has two peaks 91 and 92.
  • the wavelength 91w at the peak 91 is shorter than the wavelength 92w at the peak 92.
  • the wavelength 91w is approximately 460 nm
  • the wavelength 92w is approximately 570 nm.
  • the intensity at the peak 91 is higher than the intensity at the peak 92, and is the maximum in the entire spectral distribution 90.
  • the diameter of the nanostructure 35 in this modification is smaller than the wavelength 92w at the peak 92.
  • all of the plurality of resonance wavelengths in the metal lens 30 of this modification are different from the wavelengths 91w and 92w of the two peaks 91 and 92, respectively.
  • the vehicle lamp 1 of the present modification is desired as compared with the case where at least one of the plurality of resonance wavelengths is the same as the wavelengths 91w and 92w at any of the peaks 91 and 92, as in the first embodiment. Can emit light of the color tone of.
  • the second longest resonance wavelength 30w2 exceeds the shortest wavelength 91w and is less than the longest wavelength 92w among these wavelengths 91w and 92w. That is, the plurality of resonance wavelengths include the resonance wavelength 30w2 which exceeds the shortest wavelength 91w and is less than the longest wavelength 92w among these wavelengths 91w and 92w. Therefore, according to the present modification, it is possible to prevent the design of the size and shape of the nanostructure 35 in each cell 33, the arrangement of the cells 33, and the like from becoming complicated, as in the first embodiment.
  • the wavelength of the light from the light source unit 20 having the minimum intensity between the peaks 91 and 92 adjacent to each other and the resonance wavelength 30w2 are the same. Therefore, according to the present modification, as in the eighth embodiment, the wavelength of the light excluding the light having the minimum intensity between the peaks 91 and 92 is emitted as compared with the case where the resonance wavelength 30w2 is the same. It is possible to suppress a decrease in the amount of light.
  • the plurality of resonance wavelengths in the metal lens 30 include the resonance wavelength 30w2 included in the wavelength band of the light L from the light source unit 20.
  • the maximum intensity of the entire spectral distribution 90 is the intensity at the peak 91, and the ratio of the intensity of the light having the resonance wavelength 30w2 to the intensity of the light L from the light source unit 20 is 0.1 or less. Therefore, according to this modification, it is possible to suppress a decrease in the amount of emitted light as compared with the case where this ratio exceeds 0.1. Further, with such a configuration, it is possible to make it easier to emit light having a desired color tone as compared with the case where this ratio exceeds 0.1. It is more preferable that this ratio is zero. However, this ratio may exceed 0.1.
  • the ratio of the amount of light having the same wavelength as the resonance wavelength 30w2 in the light L from the light source unit 20 to the total amount of light L from the light source unit 20 is less than 4%. preferable.
  • the metal lens 30 in which the second longest resonance wavelength 30w2 is included in the wavelength band of the light L from the light source unit 20 has been described as an example.
  • the longest resonance wavelength 30w1 may be included in the wavelength band of the light L from the light source unit 20, and all the resonance wavelengths may not be included in the wavelength band of the light L from the light source unit 20.
  • the metal lens 30 in which all of the plurality of resonance wavelengths are different from the respective wavelengths of the plurality of peaks has been described as an example.
  • the plurality of resonance wavelengths may be different from the wavelengths of the plurality of peaks, and for example, a specific resonance wavelength may be the same as the wavelength of a certain peak. From the viewpoint of emitting light having a desired color tone, it is preferable that all of the plurality of resonance wavelengths are different from the wavelengths of the plurality of peaks.
  • the light transmittance distribution of the metal lens 30 has a relative transmittance based on the maximum transmittance of the light L from the light source unit 20 transmitted through the metal lens 30. It is preferable that a plurality of continuous resonance wavelength bands which are 80% or less and include one resonance wavelength are included, and at least one of these resonance wavelength bands is different from each wavelength of the plurality of peaks. In this case, it is more preferable that all of these resonance wavelength bands are different from the respective wavelengths of the plurality of peaks.
  • the light transmittance distribution of the metal lens 30 has a relative transmittance of 60% or less based on the maximum transmittance of the light L from the light source unit 20 transmitted through the metal lens 30, and is continuous including one resonance wavelength.
  • a plurality of the resonance wavelength bands it is more preferable that at least one of the resonance wavelength bands is different from the wavelength of each of the plurality of peaks. In this case, it is more preferable that all of these resonance wavelength bands are different from the respective wavelengths of the plurality of peaks.
  • the light transmittance distribution of the metal lens 30 has a relative transmittance of 40% or less based on the maximum transmittance of the light L from the light source unit 20 transmitted through the metal lens 30, and is continuous including one resonance wavelength.
  • the resonance wavelength bands When a plurality of the resonance wavelength bands are included, it is more preferable that at least one of these resonance wavelength bands is different from the wavelength of each of the plurality of peaks. In this case, it is more preferable that all of these resonance wavelength bands are different from the respective wavelengths of the plurality of peaks.
  • the vehicle lamp 1 is a headlight, but the lamp is not particularly limited.
  • the vehicle lamp 1 may be configured to irradiate an irradiated body such as a road surface with light constituting an image.
  • the direction of the light emitted by the vehicle lamp and the position where the vehicle lamp is attached to the vehicle are not particularly limited. ..
  • the color of the light emitted from the vehicle lamp is not limited to white.
  • the metal lens 30 that reduces the divergence angle of the light L from the light source unit 20 has been described as an example.
  • the metal lens 30 may be configured to increase the divergence angle of the light L from the light source unit 20.
  • the meta lens 30 in which the main surface 31s and the main surface 32s as the meta region are planar has been described as an example.
  • the main surface 31s and the main surface 32s as the meta region may be curved.
  • it is preferable that the main surface 31s and the main surface 32s as the meta region are planar.
  • a specific phase distribution 60 having three or more peaks 61 has been described as an example.
  • the number of peaks 61 is not particularly limited, and for example, the specific phase distribution 60 may not have peaks 61.
  • a light fixture for a vehicle that can be miniaturized is provided, and can be used in a field such as a light fixture for a vehicle such as an automobile.

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Abstract

車両用灯具（１）は、光源部（２０）と、光源部（２０）から出射する光（Ｌ）の最長波長より小さいナノ構造体（３５）を含む複数のセル（３３）が配列され光源部（２０）から出射する光Ｌが透過するメタ領域としての主面（３１ｓ）を有するメタレンズ（３０）と、を備え、メタ領域としての主面（３１ｓ）は、当該主面（３１ｓ）を透過する光（Ｌ）の位相分布を変化させる。

Description

車両用灯具
　本発明は、車両用灯具に関する。
　自動車用ヘッドライトに代表される車両用灯具として、光源部から出射する光が透過する投影レンズを備えるものが知られており、例えば、下記特許文献１にはこのような車両用灯具が開示されている。
　下記特許文献１の車両用灯具では、光源部から出射して投影レンズに入射する光は、発散角が調節され、車両の前方に照射される。
　また、例えば下記特許文献２には、配光パターンを広げる車両用灯具が開示されている。この車両用灯具において、投影レンズの周辺部の前方近傍に、付加レンズが配置されている。付加レンズは、投影レンズを透過した光を光軸から水平方向に離れる方向に偏向させている。これにより、車両用灯具から外部に投影される配光パターンは、付加レンズが配置されていない場合に車両用灯具から外部に投影される配光パターンの左右両端が左右両側へ広がった配光パターンとなり、付加レンズが配置されていない場合の配光パターンに比べて広がる。
　また、光源部がＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体発光素子を含む発光モジュールからなる車両用灯具も知られている。また、このような発光モジュールから出射する光を所望の色にするために様々な構成が検討されている。例えば、下記特許文献３には、ＬＥＤと、当該ＬＥＤから出射する光の一部が照射されて当該光と異なる波長の光を出射する蛍光体と、を備える発光モジュールが開示されている。この発光モジュールでは、蛍光体から出射する光とＬＥＤから出射する光の他の一部とが合波され、ＬＥＤから出射する光の色と異なる色の光が出射する。また、この発光モジュールから出射する光の分光分布には２つのピークが含まれ、一方のピークにおける波長はＬＥＤから出射する光のピーク波長と概ね同じであり、他方のピークにおける波長は蛍光体から出射する光のピーク波長と概ね同じである。
特開２０１２－１６９１８９号公報 特開２００７－３５４６７号公報 特開平１０－２４２５１３号公報
　上記特許文献１のような車両用灯具では、出射する光の配光パターンの大きさを所望の大きさにし易い。ところで、車両のデザインの多様化等により、車両用灯具に対して小型化の要望がある。
　そこで、本発明は、小型化し得る車両用灯具を提供することを目的とする。
　上記目的の達成のため、本発明の車両用灯具は、光源部と、前記光源部から出射する光の最長波長より小さいナノ構造体を含む複数のセルが配列され前記光源部から出射する前記光が透過するメタ領域を有するメタレンズと、を備え、前記メタ領域は、当該メタ領域を透過する前記光の位相分布を変化させることを特徴とするものである。
　車両用灯具における投影レンズでは、一般的に入射面及び出射面の少なくとも一方が湾曲する面であり、この湾曲する面の形状を調節することで光源部から出射する光の発散角を調節している。このため、このような投影レンズでは、当該湾曲する面を形成するためにある程度の厚さが必要となる。一方、この車両用灯具におけるメタレンズは、複数のセルの配置やそれぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさ等を調節することで、光源部からの光の位相分布を変化させて、当該光の発散角を調節できる。このため、このメタレンズは、上記のメタ領域の曲率を上記の投影レンズの曲面の曲率より小さくしても光源部からの光の発散角を調節でき、上記の投影レンズより薄くできる。このため、この車両用灯具によれば、上記の投影レンズによって光源部からの光の発散角を調節する場合と比べて、小型化できる。
　前記メタレンズにおける前記光源部からの前記光が入射する入射面は、外側に向かって凸状に湾曲して前記光の発散角が小さくなるように当該光を屈折し、前記入射面に入射した前記光は、前記メタ領域を透過することとしてもよい。
　一般的にメタ領域に入射する光の発散角が大きくなると、メタ領域の設計が複雑になる傾向にある。この車両用灯具におけるメタレンズでは、光源部からの光は、湾曲した入射面によって発散角が小さくされた後に、メタ領域に入射する。このため、例えば、メタレンズによって光源部からの光の発散角を小さくして所定の発散角にするとき、光源部からの光が入射する入射面が平面である場合と比べて、メタ領域に入射する光の発散角を小さくできる。従って、この車両用灯具によれば、メタ領域の設計が複雑になることを抑制し得、光源部からの光の発散角を小さくするときに特に有用である。
　或いは、前記メタレンズにおける前記光源部からの前記光が入射する入射面は、複数の溝が設けられ前記光の発散角が小さくなるように当該光を回折し、前記入射面に入射した前記光は、前記メタ領域を透過することとしてもよい。
　この車両用灯具におけるメタレンズでは、光源部からの光は、入射面によって発散角が小さくされた後に、メタ領域に入射する。このため、例えば、メタレンズによって光源部からの光の発散角を小さくして所定の発散角にするとき、光源部からの光が入射する入射面が平面である場合と比べて、メタ領域に入射する光の発散角を小さくし得る。従って、この車両用灯具によれば、メタ領域の設計が複雑になることを抑制し得、光源部からの光の発散角を小さくするときに特に有用である。
　上記の車両用灯具は、光透過性を有し前記メタ領域を覆う保護部材を更に備えることとしてもよい。
　このような構成にすることで、それぞれのナノ構造体の間に埃等が入りこんだり、ナノ構造体に埃等が付着したり、ナノ構造体に傷がつくことを抑制でき、光源部からの光の発散角を適切に調節し得る。
　この場合、前記保護部材は、前記メタレンズの屈折率より低い屈折率を有し、それぞれの前記ナノ構造体の間を埋めていることとしてもよい。
　前記メタ領域は、当該メタ領域における特定の位置において当該メタ領域と直交する基準軸と平行な参照光が当該メタ領域に入射する場合に、前記メタレンズから出射する前記参照光の位相分布が所定の位相分布を２πで割った余りからなる特定の位相分布となるように、前記参照光の位相分布を変化させ、前記所定の位相分布は、前記基準軸から離れるに従い位相の遅れ量（ｒａｄ）が減少するとともに当該位相の遅れ量の減少率が増加する位相分布であり、前記特定の位相分布は、複数のピークを有し、前記基準軸に沿って見る場合に、前記特定の位置から離れる方向において互いに隣り合う前記ピーク間に２つ以上の前記セルが位置するように、前記複数のセルが配列されることとしてもよい。
　上記の参照光の位相分布が上記の所定の位相分布となるようにメタ領域が構成されることで、メタ領域を透過してメタレンズから出射する光の発散角を小さくできる。ここで、２πの整数倍だけ光の位相が遅れる場合、当該光の波面は位相が遅れていない光の波面と同じであるとみなすことができる。このため、上記の参照光の位相分布が上記の特定の位相分布となるようにメタ領域が構成されても、発散角を小さくできる。このため、この車両用灯具は、メタレンズによって光源部からの光の発散角を小さくできる。また、上記のように、特定の位相分布は、特定の位置からメタ領域に沿って離れるに従い位相の遅れ量と当該位相の遅れ量の増加率とが増加する所定の位相分布を、２πで割った余りからなり、複数のピークを有する。このため、特定の位相分布における位相の遅れ量は、特定の位置から離れるに従いゼロから増加して２πに限りなく近づきゼロとなる変化を周期的に繰り返す。上記の変化の１周期に対して配置されるセルの数が少ないほど、メタ領域によって変化された位相分布と特定の位相分布とのずれが大きくなり、メタ領域に入射する光のエネルギーに対する特定の位相分布に応じた発散角でメタ領域から出射する光のエネルギーの割合が低くなる傾向にある。この車両用灯具では、この変化の１周期に対して２つ以上のセルが配置される。このようにセルが配置されることで、メタレンズによる光のエネルギーのロスを車両用灯具におけるレンズに好適に使用できる程度に小さくし易くできる。
　上記のように複数のセルが配列される場合、前記特定の位相分布は、３つ以上のピークを有し、前記ピーク間に位置する前記セルの数は、前記特定の位置から離れるに従い少なくなることとしてもよい。
　また、上記のように複数のセルが配列される場合、前記ナノ構造体の形状が円柱形状であり、前記ピーク間に位置する前記セルの数は、３つ以上であることが好ましい。発明者はこのような構成にすることでメタ領域に入射する光のエネルギーに対する特定の位相分布に応じた発散角でメタ領域から出射する光のエネルギーの割合を６０％以上にし得ることを見出した。
　前記メタ領域の最小の幅は、１０ｍｍ以上であることとしてもよい。
　一般的にレンズを大きくすることで当該レンズから出射する光の量を多くし易くなる。上記のような構成にすることで、メタレンズから出射する光の配光パターンを、車両用前照灯から出射する光の配光パターンとして必要な明るさにし易くできる。なお、車両用前照灯から出射する光の配光パターンとして、例えば、ロービームやハイビームの配光パターンが挙げられる。
　また、前記メタ領域は、コマ収差が発生するように前記メタ領域を透過する前記光の位相分布を変化させ、前記コマ収差が発生しない場合に比べて前記メタ領域を透過する前記光の発散角を前記光によって形成される配光パターンの左右方向に広げることとしてもよい。
　コマ収差とは、像面における点像が一点に結像せず、彗星状の尾を引くように広がって結像する収差である。像面において光は、コマ収差によって、点像から点像の周囲に放射状に拡散するのではなく、点像からある方向に伸びる。これにより、光の発散角がコマ収差によって広がると理解できる。メタレンズでは、コマ収差が発生しない場合であっても、複数のセルの配置やそれぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさや形状等を調節することで光の発散角が広がり得る。しかしながら、本発明のメタ領域では、コマ収差が発生しない場合において広がった発散角と同じ発散角であっても、コマ収差による光の上記の伸びによって発散角を左右方向にさらに広げることができる。従って、コマ収差が発生せずに光の発散角を広げたメタレンズから投影される配光パターンよりも、配光パターンは左右方向にさらに広がり得る。
　また、一般的に、湾曲する面を備える前述のような投影レンズはコマ収差が抑制されるように設計されている。このため、投影レンズを用いる場合、光源部からの光の発散角の広がりが抑制され、車両用灯具の外部に投影される配光パターンの広がりが抑制される。これに対して、投影レンズとして構成されるメタレンズのメタ領域では、コマ収差によって発散角が広がるため、配光パターンは投影レンズから投影される配光パターンよりも広がり得る。
　また、メタ領域が、コマ収差が発生するようにメタ領域を透過する光の位相分布を変化させる場合、前記メタ領域は、前記コマ収差によって左方向へ広がる前記発散角の広がり量と、前記コマ収差によって右方向へ広がる前記発散角の広がり量とを同じにしてもよい。このような構成にすることで、配光パターンの右端と左端とのそれぞれの広がり量が同じとなり得、広がり量が同じにならない場合に比べてメタレンズの設計が容易になり得る。
　或いは、前記メタ領域は、前記コマ収差によって左方向へ広がる前記発散角の広がり量と前記コマ収差によって右方向へ広がる前記発散角の広がり量との一方を他方よりも大きくしてもよい。このような構成にすることで、配光パターンの右端の広がり量及び配光パターンの左端の広がり量の一方が他方よりも多くなり、車両の運転者は配光パターンが広がった側に位置する対象物を一層視認し易くなり得る。
　また、メタ領域が、コマ収差が発生するようにメタ領域を透過する光の位相分布を変化させる場合、前記メタ領域は、前記コマ収差が発生しない場合に比べて前記メタ領域を透過する前記光の発散角を前記光によって形成される配光パターンの上下方向に広げてもよい。このような構成にすることで、車両の運転者は、案内標識や路面等の対象物を視認し易くなり得る。
　また、メタ領域が、コマ収差が発生するようにメタ領域を透過する光の位相分布を変化させる場合、前記メタ領域は、前記コマ収差によって左右方向へ広がる前記発散角の広がり量を前記コマ収差によって上下方向へ広がる前記発散角の広がり量よりも大きくしてもよい。このような構成にすることで、メタレンズを透過する光の光量が変わることなく配光パターンが上下方向よりも左右方向に多く広がり、運転者の視界の広がりは当該配光パターンによって上下方向よりも左右方向に確保され得る。
　また、前記メタ領域は、前記メタ領域を透過する前記光に含まれる可視光を屈曲する前記メタ領域の屈曲力よりも前記メタ領域を透過する前記光に含まれる赤外光を屈曲する前記メタ領域の屈曲力を小さくすることとしてもよい。
　前述のように、メタ領域はメタ領域を透過する光の位相分布を変化させる。この位相分布は、複数のセルの配置やそれぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさや形状等に応じて変化する。このため、メタ領域は、これらを調節することで、メタ領域を透過する光の位相分布を変化させ、光に含まれる可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力よりもメタ領域を透過する光に含まれる赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力を小さくする。屈曲力とは、メタ領域がメタ領域を透過する光を曲げる力を示す。屈曲力が小さいほど、メタ領域を透過する光の曲がり角が小さくなり、光の集束が抑制される。従って、例えば太陽光が車両用灯具の外部から車両用灯具の内部に入射しても、この車両用灯具では、太陽光に含まれる赤外光の曲がり角は上記の屈曲力によって太陽光に含まれる可視光の曲がり角よりも小さくなる。このため、この車両用灯具によれば、投影レンズに比べて、メタ領域はメタレンズから光源部に進行する赤外光の集光を抑制し得る。赤外光の集光が抑制されると、投影レンズに比べて、赤外光の集光による光源部の劣化が抑制され得る。
　また、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力より赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力が小さい場合、前記メタ領域は、波長の比が１：１．５である前記可視光及び前記赤外光において、前記赤外光の位相変調量は前記可視光の位相変調量の０．６倍未満となるように、構成されてもよい。
　例えばアクリルからなる屈折レンズにおいて、可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力を１とすると、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は概ね０．９８となる。また、例えばポリカーボネートからなる屈折レンズにおいて、可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力を１とすると、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は、概ね０．９８となる。従って、アクリルであってもポリカーボネートであっても、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力の概ね０．９８倍となる。この場合、屈折レンズは赤外光を集光し易くしてしまう。メタ領域の屈曲力は、メタ領域を透過する光の位相変調量と当該光の波長との積の値に概ね比例する。この車両用灯具では、波長の比が１：１．５である可視光及び赤外光において、赤外光の位相変調量が可視光の位相変調量の０．６倍未満となることによって、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力の０．９倍未満となる。赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力と赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力とを可視光を屈曲するそれぞれの屈曲力を基準に比較すると、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力よりも小さくなる。従って、この車両用灯具では、屈折レンズよりも赤外光の集光を抑制し得る。
　また、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力より赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力が小さい場合、前記可視光の最長波長は、６６０ｎｍであり、前記赤外光の最短波長は、１０００ｎｍであってもよい。
　また、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力より赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力が小さい場合、前記ナノ構造体の形状は、円柱形状であってもよい。このような構成にすることで、光源部からの可視光がランダム偏光であっても、当該可視光が効率的に屈曲し得る。
　また、前記メタレンズにおける少なくとも１つの共鳴波長は、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満であることとしてもよい。
　メタレンズでは、特定の波長の光の透過率が他の波長の光の透過率よりも極端に低くなる現象が生じる場合があり、この特定の波長は一般的に複数あることが知られている。これら特定の波長は、メタレンズにおける光の不透過率がピークとなる波長であり、共鳴波長と呼ばれる。これら共鳴波長は、それぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさや形状、当該ナノ構造体を構成する材料の屈折率等に応じて決まる。この車両用灯具では、上記のように、メタレンズにおける少なくとも１つの共鳴波長は、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満である。一般的に地表近くにおける太陽光には、８００ｎｍから２４００ｎｍの波長帯域の光が含まれる。このため、この車両用灯具によれば、太陽光がメタレンズを透過して光源部に照射されるとき、メタレンズが投影レンズとされる場合と比べて、太陽光のうち８００ｎｍから２４００ｎｍの波長の光の光源部への照射量を低減できる。従って、この車両用灯具によれば、メタレンズが投影レンズとされる場合と比べて、太陽光による光源部の加熱量を少なくし得、太陽光による光源部の劣化を抑制し得る。
　また、メタレンズにおける少なくとも１つの共鳴波長が、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満である場合、前記少なくとも１つの共鳴波長は、８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に含まれることとしてもよい。
　一般的に地表近くにおける太陽光の強度は、８００ｎｍ以上の波長帯域において、波長が長くなるに従い小さくなる傾向にある。なお、太陽光の分光分布は、強度が急激に小さくなる谷を複数有する。この谷における最小の強度は、例えば、当該谷の近傍における強度の５０％以下である。このような谷は８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に位置しない傾向にある。このため、上記のような構成にすることで、太陽光がメタレンズを透過して光源部に照射されるときの太陽光による光源部の加熱量を少なくし易い。
　また、メタレンズにおける少なくとも１つの共鳴波長が、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満である場合、前記光源部から出射する前記光の分光分布は、複数のピークを有し、複数の前記共鳴波長は、複数の前記ピークのそれぞれの波長と異なることとしてもよい。
　上記分光分布のピークにおける波長の光は、車両用灯具から出射する光の色調に大きく影響する傾向にある。このため、この車両用灯具によれば、出射する光の色調に大きく影響する波長の光のメタレンズでの透過率が低くなることを抑制し得、所望の色調の光を出射し得る。
　この場合、複数の前記共鳴波長の全ては、前記光源部から出射する前記光の波長帯域に含まれないこととしてもよい。
　この車両用灯具によれば、少なくとも１つの共鳴波長が光源部から出射する光の波長帯域に含まれる場合と比べて、所望の色調の光を出射し得る。
　また、メタレンズにおける少なくとも１つの共鳴波長が、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満である場合、前記メタレンズは、当該メタレンズを透過する前記光源部からの前記光の発散角を小さくすることとしてもよい。
　また、前記光源部から出射する前記光の分光分布は、複数のピークを有し、前記メタレンズにおける複数の共鳴波長は、複数の前記ピークのそれぞれの波長と異なることとしてもよい。
　この車両用灯具では、上記のように、光源部から出射する光の分光分布は、複数のピークを有するため、この分光分布が１つのピークのみを有する場合と比べて、出射する光の色調を所望の色調にし得る。また、この車両用灯具では、上記のように、メタレンズにおける複数の共鳴波長は、複数のピークのそれぞれの波長と異なる。複数のピークにおけるそれぞれの波長の光は、車両用灯具から出射する光の色調に大きく影響する。このため、この車両用灯具によれば、出射する光の色調に大きく影響する波長の光のメタレンズでの透過率が低くなることを抑制し得、所望の色調の光を出射し得る。
　また、光源部から出射する光の分光分布が複数のピークを有する場合、前記複数の共鳴波長の少なくとも１つは、複数の前記ピークのそれぞれの波長のうち最短の波長を超えかつ最長の波長未満であることとしてもよい。
　複数の共鳴波長に上記の最短の波長を超え最長の波長未満である共鳴波長が含まれないようにする場合、それぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさや形状、セルの配列等の設計が複雑になる傾向にある。このため、上記のような構成にすることで、これらの設計が複雑になることを抑制し得る。
　この場合、互いに隣り合う前記ピーク間において強度が最小である前記光の波長と、前記複数の共鳴波長の前記少なくとも１つとが同じであることとしてもよい。
　このような構成にすることで、ピーク間において強度が最小である光を除く光の波長と共鳴波長とが同じ場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。
　また、光源部から出射する光の分光分布が複数のピークを有する場合、前記複数の共鳴波長は、前記光源部からの前記光の波長帯域に含まれる特定の共鳴波長を含み、前記光の分光分布の全体における最大の強度に対する前記光における前記特定の共鳴波長の光の強度の比は、０．１以下であることとしてもよい。
　このような構成にすることで、上記の比が０.１を超える場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。
　以上のように本発明によれば、小型化し得る車両用灯具を提供できる。
本発明の第１実施形態における車両用灯具を概略的に示す断面図である。 図１に示す光源部を概略的に示す正面図である。 図１に示すメタレンズの一方の主面の一部を拡大して示す正面図である。 第１実施形態における所定の位相分布の一部を概略的に示す図である。 第１実施形態における特定の位相分布の一部を概略的に示す図である。 第２実施形態におけるメタレンズを概略的に示す断面図である。 第３実施形態におけるメタレンズを概略的に示す断面図である。 第４実施形態における車両用灯具を図１と同様に示す図である。 第１変形例に係る保護部材とメタレンズとを概略的に示す断面図である。 第５実施形態における車両用灯具から当該灯具の前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成されるロービーム用の配光パターンを示す図である。 第２変形例における配光パターンの一例を示す図である。 第２変形例における配光パターンの別の一例を示す図である。 第３変形例における配光パターンの一例を示す図である。 第４変形例における配光パターンの一例を示す図である。 第６実施形態におけるナノ構造体の直径と、最長波長が６６０ｎｍである可視光及び最短波長が１０００ｎｍである赤外光のそれぞれの位相変調量との関係を示す図である。 第７実施形態における車両用灯具を図１と同様に示す図である。 第７実施形態における光源部から出射する光の分光分布、及びメタレンズの光の透過率分布を概略的に示す図である。 地表近くでの太陽光の分光分布、及び第７実施形態のメタレンズの光の透過率分布を概略的に示す図である。 第５変形例に係る光源部から出射する光の分光分布、及びメタレンズの光の透過率分布を図１７と同様に示す図である。 第８実施形態における光源部から出射する光の分光分布、及びメタレンズの光の透過率分布を概略的に示す図である。 第６変形例に係る光源部から出射する光の分光分布、及びメタレンズの光の透過率分布を図２０と同様に示す図である。
　以下、本発明に係る車両用灯具の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。また、本発明は、以下に例示する実施形態における構成要素を適宜組み合わせてもよい。なお、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、各部材の寸法を変えて示す場合がある。
（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態における車両用灯具を示す図であり、車両用灯具の鉛直方向の断面を概略的に示す図である。本実施形態の車両用灯具１は自動車用の前照灯とされる。自動車用の前照灯は、一般的に車両の前方の左右方向のそれぞれに備えられるものである。本明細書において「右」とは車両の進行方向において右側を意味し、「左」とは車両の進行方向において左側を意味する。左右の前照灯のそれぞれは、形状が左右方向に概ね対称であることを除いて、同じ構成とされる。このため、本実施形態では、一方の前照灯について説明する。図１に示すように、本実施形態の車両用灯具１は、筐体１０と、光源部２０と、メタレンズ３０とを主な構成として備える。
　本実施形態の筐体１０は、ランプハウジング１１、フロントカバー１２及びバックカバー１３を主な構成として備える。ランプハウジング１１の前方は開口しており、当該開口を塞ぐようにフロントカバー１２がランプハウジング１１に固定されている。また、ランプハウジング１１の後方には前方よりも小さな開口が形成されており、当該開口を塞ぐようにバックカバー１３がランプハウジング１１に固定されている。
　ランプハウジング１１と、当該ランプハウジング１１の前方の開口を塞ぐフロントカバー１２と、当該ランプハウジング１１の後方の開口を塞ぐバックカバー１３とによって形成される空間は灯室Ｒであり、この灯室Ｒ内に光源部２０とメタレンズ３０とが収容されている。バックカバー１３は、ランプハウジング１１の後方の開口を通じての光源部２０及びメタレンズ３０の交換のために、ランプハウジング１１に対して開閉可能または着脱可能となっている。フロントカバー１２は透光性を有する材料で構成されており、光源部２０から出射されてメタレンズ３０を透過する光はフロントカバー１２を透過する。ランプハウジング１１及びバックカバー１３は、例えば、樹脂で構成される。
　図２は、図１に示す光源部２０を概略的に示す正面図である。本実施形態では、図１、図２に示すように、光源部２０は、光を出射する複数の発光素子２１と、複数の発光素子２１が実装される回路基板２２と、を有する。なお、図１、図２では、見易さのため、１つの発光素子２１のみに符号を付し、他の発光素子２１の符号は省略されている。複数の発光素子２１は、マトリックス状に配置されて上下方向及び左右方向に列を形成し、前方に向かって光を出射する。複数の発光素子２１のそれぞれは、発光素子２１のそれぞれに供給される電力によって、出射する光の光量を個別に変更可能とされている。また、これら発光素子２１は白色光を出射する蛍光体方式のＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、光源部２０は所謂ＬＥＤアレイであり、光源部２０から出射する光は所定の波長帯域を有している。なお、発光素子２１の数や構成は、特に限定されるものではない。例えば、発光素子２１は、互いに異なる波長の光を出射する複数のＬＥＤを含む構成であってもよく、互いに異なる波長の光を出射する複数のＬＤ（Laser Diode）を含む構成であってもよい。
　このような光源部２０は、光を出射させる発光素子２１を選択することで所定の配光パターンを有する光を出射することができ、当該選択を変化させることで所定の配光パターンの外形を変化させることができる。また、光源部２０は、それぞれの発光素子２１から出射する光量を調節することで所定の配光パターンにおける光の強度分布を調節することができる。つまり、光源部２０は、複数の発光素子２１から出射する光の光量に応じた所定の配光パターンを有する光を出射でき、出射する光の配光パターンを変化させることができる。なお、光源部２０は、出射する光の配光パターンを変化させることができなくてもよい。
　本実施形態の光源部２０から出射する光Ｌの波長は、可視光の波長帯域に含まれる。可視光線の波長帯域は、概ね３８０ｎｍから７８０ｎｍである。光源部２０から出射する光Ｌは、複数の発光素子２１から出射する光であるため、それぞれの発光素子２１から出射する光の波長は光源部２０から出射する光Ｌの波長と概ね同じである。光Ｌの波長は、可視光の波長帯域に含まれなくてもよい。
　本実施形態のメタレンズ３０は、平板状の部材であり、厚さ方向に透過する光の発散角を調節するように構成される。メタレンズ３０は、光源部２０の前方に配置され、光源部２０から出射する光Ｌは、平面状の一方の主面３１ｓに入射し、平面状の他方の主面３２ｓから出射する。このため、主面３１ｓは光源部２０からの光Ｌが入射する入射面であり、主面３２ｓは、主面３１ｓに入射した光源部２０からの光Ｌが出射する出射面である。
　図３は、図１に示すメタレンズ３０の一方の主面３１ｓの一部を拡大して示す正面図である。図３に示すように、主面３１ｓは、互いに異なる２方向に区分けされて形成される複数のセル３３を有し、それぞれのセル３３にナノ構造体３５が設けられている。なお、図３には、隣接するセル３３間の境界が破線で示されている。また、見易さのため、１つのセル３３及び１つのナノ構造体３５のみに符号を付し、他のセル３３及びナノ構造体３５の符号は省略されている。本実施形態では、複数のセル３３は、主面３１ｓの全体に亘って配列されており、主面３１ｓの全体がナノ構造体３５を含む複数のセル３３が配列されたメタ領域であると理解できる。また、メタレンズ３０の形状は円板形状であり、複数のセル３３は主面３１ｓの重心３１ｇを基準とする径方向と周方向とに並んでいる。また、特定の位置としてのこの重心３１ｇにおいて主面３１ｓと直交する基準軸３６は光源部２０と交わっている。また、光源部２０の発光素子２１は基準軸３６と概ね垂直な面に沿って配置されている。また、メタレンズ３０の直径は１０ｍｍ以上であり、例えば５０ｍｍである。このため、メタ領域の最小の幅は１０ｍｍ以上である。主面３１ｓにおいてナノ構造体３５を除く領域は平面であり、ナノ構造体３５は主面３１ｓから光源部２０側に向かって延在する突起である。このようなナノ構造体３５は、主面３１ｓへの超微細加工によってメタレンズ３０の一部として構成されており、メタレンズ３０と一体となっている。
　なお、複数のセル３３の配列、このメタ領域の位置や範囲は、特に制限されるものではない。例えば、メタ領域は、主面３１ｓの一部であってもよく、光源部２０側と反対側の主面３２ｓの少なくとも一部であってもよい。また、メタ領域は、主面３１ｓの少なくとも一部と主面３２ｓの少なくとも一部であってもよい。また、図３に示すセル３３の形状は概ね四角形状であるが、特に制限されない。また、複数のセル３３の大きさや形状は互いに異なっていてもよい。また、メタレンズ３０及びメタ領域の大きさは、特に制限されず、例えば、メタレンズ３０の直径は１０ｍｍより小さくてもよい。また、メタレンズ３０の外形は特に制限されず、例えば、四角形状であってもよい。
　本実施形態では、ナノ構造体３５の形状は円柱形状であり、直径は光源部２０から出射する光の最長波長より小さい。なお、ナノ構造体３５の幅が、光源部２０から出射する光の最長波長より小さければよく、ナノ構造体３５の形状は特に制限されるものではない。例えば、ナノ構造体３５の形状は、四角柱形状、Ｃ字形状であってもよい。また、ナノ構造体３５は、所定の間隔をあけて並ぶ一対の四角柱等から構成されてもよい。また、それぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の形状は異なっていてもよい。また、それぞれのセル３３に複数のナノ構造体３５が設けられていてもよく、それぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の数は異なっていてもよい。また、メタレンズ３０を構成する材料として、例えば、ガラス、樹脂等が挙げられる。なお、ナノ構造体３５とナノ構造体３５以外の部分とを構成する材料は、同じであってもよく、異なっていてもよい。
　このようなナノ構造体３５を含むセル３３は、当該セル３３を透過する光Ｌの位相を変調させることができる。そして、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等を調節することで、メタ領域を透過する光Ｌの位相分布を変化させることができ、メタレンズ３０を透過する白色の光Ｌの発散角が変化するようにできる。本実施形態では、光Ｌの発散角が小さくなって所定の発散角となるように、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等が調節されている。このため、メタ領域は、光Ｌの位相を変調して当該光Ｌの発散角が所定の発散角となるように構成されていると理解できる。
　具体的には、本実施形態のメタ領域は、上記の基準軸３６と平行な参照光が当該メタ領域に入射する場合に、メタレンズ３０から出射する当該参照光の位相分布が、図４に示す所定の位相分布５０を２πで割った余りからなる特定の位相分布となるように、構成される。なお、図４は、本実施形態における所定の位相分布５０の一部を概略的に示す図であり、上記基準軸３６を含む鉛直面での所定の位相分布５０を示す図である。また、メタレンズ３０から出射する参照光の位相分布とは、基準軸３６と垂直な仮想平面での位相分布であり、本実施形態では、当該仮想平面はメタレンズ３０の出射面である主面３２ｓに沿った面での位相分布とされる。図４において、ｘ軸は位相の遅れ量（ｒａｄ）であり、ｙ軸は基準軸３６と主面３２ｓとの交点３２ｐから基準軸３６と垂直な方向への距離であり、ｒはメタレンズ３０の半径である。図４に示すように、基準軸３６を含む鉛直面での所定の位相分布５０は、基準軸３６から当該基準軸３６と垂直な方向に離れるに従い位相の遅れ量が減少するとともに当該位相の遅れ量の減少率が増加する曲線である。そして、図示による説明は省略するが、基準軸３６を含むいずれの平面での所定の位相分布５０は、図４に示す所定の位相分布５０と同様の曲線である。従って、所定の位相分布５０は、基準軸３６から離れるに従い位相の遅れ量が減少するとともに当該位相の遅れ量の減少率が増加する位相分布であると理解できる。ここで、上記の参照光の位相分布がこのような所定の位相分布５０となるようにメタ領域が構成されることで、メタ領域を透過してメタレンズ３０から出射する光の発散角を小さくできる。また、２πの整数倍だけ光の位相が遅れる場合、当該光の波面は位相が遅れていない光の波面と同じであるとみなすことができる。従って、上記の参照光の位相分布が所定の位相分布５０を２πで割った余りからなる特定の位相分布となるようにメタ領域が構成される本実施形態のメタレンズ３０であっても、光Ｌの発散角を小さくできる。なお、所定の位相分布５０は、基準軸３６から離れるに従い位相の遅れ量が減少するとともに当該位相の遅れ量の減少率が増加する位相分布であればよく、発散角の調節度合い等に応じて、これら位相の遅れ量及び当該位相の遅れ量の減少率が調節される。また、基準軸３６は、重心３１ｇを通るものに制限されるものではなく、メタ領域における特定の位置において当該メタ領域と直交するものであればよい。
　また、本実施形態では、図５に示すように、所定の位相分布５０を２πで割った余りからなる特定の位相分布６０は、複数のピーク６１を有する。なお、図５は、本実施形態における特定の位相分布６０の一部を概略的に示す図であり、上記基準軸３６を含む鉛直面での特定の位相分布６０の一部を示す図である。図５において、ｘ軸は位相の遅れ量（ｒａｄ）であり、ｙ軸は基準軸３６と主面３２ｓとの交点３２ｐから基準軸３６と垂直な方向への距離であり、ｒはメタレンズ３０の半径である。また、図５には、ｙ＝ｒを示す点線及びｘ＝２πを示す点線が記載されている。また、図５では、見易さのため、４つのピーク６１のみに符号を付して、他のピーク６１の符号は省略されている。図５に示すように、基準軸３６を含む鉛直面での特定の位相分布６０おける位相の遅れ量は、基準軸３６から当該基準軸３６と垂直な方向に離れるに従い２πに限りなく近い値から減少してゼロとなる変化を周期的に繰り返す。この周期の幅は、基準軸３６から離れるに従い狭くなっており、最大の幅は概ね４００μｍ程度であり、この幅が最大の周期に隣接する周期の幅は１００μｍ程度である。また、最小の幅は概ね１μｍ程度である。なお、上記ように、基準軸３６を含むいずれの平面での所定の位相分布５０は、図４に示す所定の位相分布５０と同様の曲線である。このため、基準軸３６を含むいずれの平面での特定の位相分布６０おける位相の遅れ量は、基準軸３６から離れるに従い２πに限りなく近い値から減少してゼロとなる変化を周期的に繰り返す。従って、特定の位相分布６０における位相の遅れ量は、基準軸３６から離れるに従い上記の変化を周期的に繰り返すと理解できる。ここで、上記の変化の１周期に対して配置されるセルの数が少ないほど、メタ領域によって変調された位相分布と特定の位相分布６０とのずれが大きくなり、メタ領域に入射する光のエネルギーに対する特定の位相分布６０に応じた発散角でメタ領域から出射する光のエネルギーの割合が低くなる傾向にある。本実施形態では、基準軸３６に沿って見る場合に、重心３１ｇから離れる方向において互いに隣り合うピーク６１間に２つ以上のセル３３が位置するように、複数のセル３３が配列される。つまり、上記の変化の１周期に対して２つ以上のセル３３が配置されることになる。このようにセル３３が配置されることで、メタレンズ３０による光のエネルギーのロスを車両用灯具におけるレンズに好適に使用できる程度に小さくし易くできる。また、本実施形態では、ナノ構造体３５の形状は円柱形状である。そして、発明者は、上記の変化の１周期に対して３つ以上のセル３３が配置されるとともに、ナノ構造体３５の形状が円柱形状であることによって、メタ領域に入射する光のエネルギーに対する特定の位相分布６０に応じた発散角でメタ領域から出射する光のエネルギーの割合を６０％以上にし得ることを見出した。このため、メタレンズ３０における光のエネルギーのロスを低減する観点では、このような構成にすることが好ましい。また、本実施形態では、特定の位相分布６０は、３つ以上のピーク６１を有する。また、基準軸３６に沿って見る場合に重心３１ｇから離れる方向において互いに隣り合うピーク６１間に位置するセル３３の数は、重心３１ｇから離れるに従い少なくなる。
　本実施形態の車両用灯具１では、このようなメタレンズ３０で発散角が小さくなるように調節された光Ｌがフロントカバー１２を介して車両の前方へ向けて出射する。このため、本実施形態の車両用灯具１は、出射する光の配光パターンの大きさを所望の大きさにし易い。また、上記のように、光源部２０は出射する光の配光パターンを変化させることができる。このため、車両用灯具１によれば、例えば、ハイビームとロービームとを切り替えて出射したり、ＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）を出射したりし得る。
　以上説明したように、本実施形態の車両用灯具１は、光源部２０とメタレンズ３０とを備える。メタレンズ３０は、メタ領域としての主面３１ｓを有する。この主面３１ｓには、光源部２０から出射する光Ｌの最長波長より小さいナノ構造体３５を含む複数のセル３３が配列され、光源部２０から出射する光Ｌがこの主面３１ｓを透過する。メタ領域としての主面３１ｓは、当該主面３１ｓを透過する光Ｌの位相分布を変化させる。ここで、車両用灯具における投影レンズでは、一般的に入射面及び出射面の少なくとも一方が湾曲する面であり、この湾曲する面の形状を調節することで光源部から出射する光の発散角を調節している。このため、このような投影レンズでは、当該湾曲する面を形成するためにある程度の厚さが必要となる。一方、本実施形態の車両用灯具１におけるメタレンズ３０は、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさ等を調節することで、光源部からの光Ｌの位相分布を変化させて、当該光Ｌの発散角を調節できる。このため、本実施形態のメタレンズ３０は、メタ領域としての主面３１ｓの曲率を上記の投影レンズの曲面の曲率より小さくして、例えば主面３１ｓを平面状にしても光源部２０からの光の発散角を調節でき、上記の投影レンズより薄くできる。このため、本実施形態の車両用灯具１によれば、上記の投影レンズによって光源部２０からの光Ｌの発散角を調節する場合と比べて、小型化できる。
　一般的にレンズを大きくすることで当該レンズから出射する光の量を多くし易くなる。本実施形態では、メタ領域としての主面３１ｓの最小の幅は、１０ｍｍ以上である。このため、本実施形態では、メタレンズ３０から出射する光の配光パターンを、車両用前照灯から出射する光の配光パターンとして必要な明るさにし易くできる。なお、車両用前照灯から出射する光の配光パターンとして、例えば、ロービームやハイビームの配光パターンが挙げられる。
（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。本実施形態では、メタレンズ３０の構成が第１実施形態と異なる。
　図６は、本実施形態におけるメタレンズを概略的に示す断面図であり、メタレンズの厚さ方向の断面を概略的に示す図である。図６に示すように、本実施形態のメタレンズ３０では、光源部２０からの光Ｌが入射する入射面としての主面３１ｓの全体は、外側に向かって凸状に湾曲した湾曲面である。このように湾曲する主面３１ｓでは、光源部２０からの光Ｌの発散角が小さくなるように当該光Ｌが屈折する。また、光源部２０からの光Ｌが出射する出射面としての主面３２ｓの全体がナノ構造体３５を含む複数のセル３３が配列されたメタ領域であり、主面３１ｓに入射した光源部２０からの光Ｌが当該メタ領域を透過する。また、基準軸３６は、主面３２ｓにおける特定の位置としての重心３２ｇにおいて主面３２ｓと直交しており、光源部２０と交わっている。そして、第１実施形態と同様に、メタ領域は、上記の基準軸３６と平行な参照光が当該メタ領域に入射する場合にメタレンズ３０から出射する当該参照光の位相分布が所定の位相分布５０を２πで割った余りからなる特定の位相分布６０となるように、構成される。なお、入射面としての主面３１ｓは、外側に向かって凸状に湾曲して光源部２０からの光Ｌの発散角が小さくなるように当該光Ｌを屈折すればよく、一部が外側に向かって凸状に湾曲する構成であってもよい。
　一般的にメタ領域に入射する光の発散角が大きくなると、メタ領域の設計が複雑になる傾向にある。本実施形態のメタレンズ３０では、光源部２０からの光Ｌは、湾曲した入射面である主面３１ｓによって発散角が小さくされた後に、メタ領域としての主面３２ｓに入射する。このため、本実施形態では、主面３１ｓが平面である場合と比べて、メタ領域に入射する光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくできる。従って、本実施形態の車両用灯具１によれば、メタ領域の設計が複雑になることを抑制し得、本実施形態のように光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくするときに特に有用である。
　なお、主面３１ｓの少なくとも一部がメタ領域であり、主面３２ｓが外方に凸状に湾曲し、メタ領域を透過した光Ｌが主面３２ｓから出射してもよい。一般的にメタ領域によって光の発散角を調節する角度が大きくなると、メタ領域の設計が複雑になる傾向にある。このような構成によれば、主面３２ｓが平面である場合と比べて、メタ領域によって光Ｌの発散角を小さくする角度を小さくでき、メタ領域の設計が複雑になることを抑制し得る。
（第３実施形態）
　次に、本発明の第３実施形態について詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。本実施形態では、メタレンズ３０の構成が第１実施形態と異なる。
　図７は、本実施形態におけるメタレンズ３０を概略的に示す断面図であり、メタレンズ３０の厚さ方向の断面を概略的に示す図である。図７に示すように、本実施形態のメタレンズ３０では、光源部２０からの光Ｌが入射する入射面としての平面状の主面３１ｓには、複数の溝３７が設けられる。なお、図７では、見易さのため、溝３７は誇張されて記載され、１つの溝３７のみに符号を付して、他の溝３７の符号は省略されている。それぞれの溝３７は、主面３１ｓの中心である重心３１ｇを中心とする円に沿うように延在している。このように複数の溝３７が設けられた主面３１ｓでは、光源部２０からの光Ｌの発散角が小さくなるように当該光Ｌが回折する。つまり、光Ｌがこのように回折するように溝３７の形状、深さ、幅、及び位置等が調節されており、主面３１ｓはこのように光Ｌを回折すると理解できる。また、光源部２０からの光Ｌが出射する主面３２ｓの全体がナノ構造体３５を含む複数のセル３３が配列されたメタ領域であり、当該メタ領域を光源部２０からの光Ｌが透過する。また、基準軸３６は、主面３２ｓにおける特定の位置としての重心３２ｇにおいて主面３２ｓと直交しており、光源部２０と交わっている。そして、第１実施形態と同様に、メタ領域は、上記の基準軸３６と平行な参照光が当該メタ領域に入射する場合にメタレンズから出射する当該参照光の位相分布が所定の位相分布５０を２πで割った余りからなる特定の位相分布６０となるように、構成される。なお、入射面としての主面３１ｓは、複数の溝３７が設けられ光源部２０からの光Ｌの発散角が小さくなるように当該光Ｌを回折すればよく、溝３７の形状、数、位置等は制限されるものではない。また、湾曲した主面３１ｓに溝３７が設けられてもよい。
　また、本実施形態のメタレンズ３０では、光源部２０からの光Ｌは、入射面である主面３１ｓによって発散角が小さくされた後に、メタ領域に入射される。このため、光源部２０からの光Ｌが入射する主面３１ｓが平面である場合と比べて、メタ領域によって主面３１ｓに入射した光Ｌの発散角を小さくする角度を小さくし得る。従って、本実施形態の車両用灯具１によれば、メタ領域の設計が複雑になることを抑制し得、本実施形態のように光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくするときに特に有用である。
　なお、メタ領域の設計が複雑になることを抑制する観点では、主面３１ｓが外側に向かって凸状に湾曲した主面３１ｓに複数の溝３７が設けられ、当該主面３１ｓが光源部２０からの光Ｌを回折してもよい。また、主面３１ｓの少なくとも一部がメタ領域であり、主面３２ｓがメタ領域を透過した光Ｌを発散角が小さくなるように回折してもよい。このような構成によれば、主面３２ｓが平面である場合と比べて、メタ領域によって光Ｌの発散角を小さくする角度を小さくし得、メタ領域の設計が複雑になることを抑制し得る。
（第４実施形態）
　次に、本発明の第４実施形態について詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
　図８は、本実施形態における車両用灯具１を図１と同様に示す図である。なお、図８では、筐体１０及び光源部２０の記載の省略されている。図８に示すように、本実施形態の車両用灯具１は、光透過性を有する保護部材４０を更に有する点で、第１実施形態の車両用灯具１と異なる。
　本実施形態の保護部材４０は、本体部４１とリブ４２とからなる。本体部４１は、円板状の部材であり、一方の主面４３ｓがメタレンズ３０の主面３１ｓと所定の間隔をあけて対向するように配置される。基準軸３６と平行な方向において、メタ領域としての主面３１ｓの全体が本体部４１と重なっている。リブ４２は、本体部４１の主面４３ｓに設けられ、メタレンズ３０側に向かって突出する。このリブ４２は本体部４１の外縁に沿って全周に亘って延在している。リブ４２の内周面が全周に亘ってメタレンズ３０の外周面に接着され、保護部材４０がメタレンズ３０に固定されている。このような保護部材４０は、メタ領域としての主面３１ｓと非接触で当該主面３１ｓを覆っており、保護部材４０とメタレンズ３０とによって形成される閉空間４５に主面３１ｓが露出している。本体部４１とリブ４２とは一体に形成され、保護部材４０を構成する材料として、例えば、ガラス、樹脂等が挙げられる。
　本実施形態では、光源部２０から出射する光Ｌは、保護部材４０の本体部４１を透過してメタレンズ３０に入射し、当該メタレンズ３０で光Ｌの発散角が調整され、発散角が調節された光Ｌがフロントカバー１２を介して車両の前方へ向けて出射する。本実施形態では、上記のように、保護部材４０はメタ領域としての主面３１ｓを覆う。このため、それぞれのナノ構造体３５の間に埃等が入り込んだり、ナノ構造体３５に埃等が付着したり、ナノ構造体３５に傷がつくことを抑制でき、光源部２０からの光Ｌの発散角を適切に調節し得る。
　なお、保護部材４０のリブ４２には、閉空間４５と外部とを連通させる穴等の連通部が設けられてもよい。しかし、それぞれのナノ構造体３５の間に埃等が入り込んだり、ナノ構造体３５に埃等が付着したりすることを抑制する観点では、保護部材４０にはこのような穴が設けられないことが好ましい。
　また、保護部材４０はナノ構造体３５に接触していてもよく、例えば、図９に示すように、保護部材４０の本体部４１はそれぞれのナノ構造体３５の間を埋めていてもよい。なお、図９は、第１変形例に係る保護部材４０とメタレンズ３０とを概略的に示す断面図であり、保護部材４０及びメタレンズ３０の厚さ方向の断面の一部を概略的に示す図である。また、図９では、見易さのため、１つのナノ構造体３５のみに符号を付し、他のナノ構造体３５の符号は省略されている。この場合、保護部材４０の屈折率は、メタレンズ３０の屈折率より低くする。このような構成であっても、メタレンズ３０で光Ｌの発散角を調整できる。
（第５実施形態）
　次に、本発明の第５実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。本実施形態では、メタレンズ３０の構成が第１実施形態と異なる。
　本実施形態のメタレンズ３０におけるメタ領域は、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等が調節されて、コマ収差が発生するようにメタ領域を透過する光Ｌの位相分布を変化させている。コマ収差とは、像面における点像が一点に結像せず、彗星状の尾を引くように広がって結像する収差である。像面において光は、コマ収差によって、点像から点像の周囲に放射状に拡散するのではなく、点像からある方向に伸びる。これにより、光の発散角がコマ収差によって広がると理解できる。
　本実施形態のメタ領域は、上記のコマ収差が発生しない場合に比べてコマ収差によってメタ領域を透過する光Ｌの発散角を広げている。光Ｌの発散角の広がりによって、メタ領域を透過する光Ｌによって形成される配光パターンは、コマ収差が発生しない場合に比べて広がった状態で車両用灯具１の外部に投影される。
　図１０は、本実施形態における左右の車両用灯具１から当該灯具の前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成されるロービーム用の配光パターンを示す図である。図１０では、コマ収差が発生しているメタレンズ３０から投影された配光パターン７０を実線で示す。また、図１０では、コマ収差が発生していないメタレンズから投影された配光パターン８０を破線で示している。
　図１０では、配光パターン７０，８０の明瞭化のために、配光パターン８０の上端及び下端を、配光パターン７０の上端及び下端よりも内側に図示しているが、配光パターン８０の上端及び下端は配光パターン７０の上端及び下端と同じ位置に位置する。配光パターン７０，８０の中心は、同じ位置に位置するものとする。
　図１０において、Ｓは水平線を示し、Ｃは、左右方向における配光パターン７０の中心を通り、配光パターン７０に直交して車両の前後に延びる基準軸を示し、Ｖは基準軸Ｃに対して直交している鉛直線を示す。配光パターン７０は、上端に、カットオフラインＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３を有する。カットオフラインＣＬ１は、カットオフラインＣＬ２を基準としてカットオフラインＣＬ３とは反対側に設けられている。カットオフラインＣＬ１とカットオフラインＣＬ２との交点は、エルボー点ＥＰと称される。エルボー点ＥＰは、水平線Ｓより下方かつ鉛直線Ｖ上に位置する。エルボー点ＥＰは、水平線Ｓより下方かつ鉛直線Ｖの近傍に位置してもよい。カットオフラインＣＬ１は、エルボー点ＥＰから車両の左右方向の一方側である右側に水平方向に延在する。カットオフラインＣＬ２は、エルボー点ＥＰから車両の上下左右方向における左斜め上方に向かって延在している。エルボー点ＥＰ側とは反対側におけるカットオフラインＣＬ２の端は、水平線Ｓより上方に位置している。カットオフラインＣＬ３は、カットオフラインＣＬ２の上記した端から、車両の左右方向における左側に水平方向に延在する。配光パターン７０の光量分布として、光量は、エルボー点ＥＰの近傍に位置するホットゾーンＨＺＬにおいて最も多く、ホットゾーンＨＺＬから離れるに従って徐々に減少する。
　本実施形態のメタ領域は、配光パターン７０における点像を配光パターン７０の左右方向において配光パターン７０の内側から配光パターン７０の外側に向かって伸ばすコマ収差が発生するように、メタ領域を透過する光Ｌの位相分布を変化させている。これにより、本実施形態のメタ領域は、コマ収差が発生しない場合に比べてコマ収差によって光Ｌの発散角を光Ｌによって形成される配光パターン７０の左右方向に広げており、配光パターン７０の左右方向において配光パターン７０を配光パターン８０よりも広げている。配光パターン７０のうち、Ｖ線と配光パターン７０の左端との間の配光パターン７０の一部を領域７０ａとして、Ｖ線と配光パターン７０の右端との間の配光パターン７０の残りの一部を領域７０ｂとする。メタ領域は、メタレンズ３０を鉛直方向から見る場合に、領域７０ａを形成する光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから左方向に広げる。また、メタ領域は、メタレンズ３０を鉛直方向から見る場合に、領域７０ｂを形成する光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから右方向に広げる。これにより、配光パターン７０は、領域７０ａにおいて配光パターン８０の左端が外側である左側方に広がると共に、領域７０ｂにおいて配光パターン８０の右端が外側である右側方に広がるような配光パターンとなる。メタ領域は、領域７０ａを形成し左方向へ広がる光Ｌの発散角と領域７０ｂを形成し右方向へ広がる光Ｌの発散角とを同じにしている。これにより、配光パターン７０の右端と左端とのそれぞれの広がり量が同じとなり得、広がり量が同じにならない場合に比べてメタレンズ３０の設計が容易になり得る。
　上記のように、本実施形態のメタ領域は、コマ収差が発生するようにメタ領域を透過する光Ｌの位相分布を変化させ、コマ収差が発生しない場合に比べてメタ領域を透過する光Ｌの発散角を配光パターン７０の左右方向に広げる。
　メタレンズ３０では、コマ収差が発生しない場合であっても、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等を調節することで光Ｌの発散角が広がり得る。しかしながら、本実施形態のメタ領域では、コマ収差が発生しない場合において広がった発散角と同じ発散角であっても、コマ収差による光Ｌの伸びによって発散角を左右方向にさらに広げることができる。従って、本実施形態の車両用灯具１によれば、コマ収差が発生せずに光Ｌの発散角を広げたメタレンズ３０から投影される配光パターンよりも、配光パターン７０は左右方向にさらに広がり得る。
　また、一般的に、湾曲する面を備える前述のような投影レンズはコマ収差が抑制されるように設計されている。このため、投影レンズを用いる場合、光源部からの光の発散角の広がりが投影レンズによって抑制され、車両用灯具の外部に投影される配光パターンの広がりが抑制される。これに対して、本実施形態の投影レンズとして構成されるメタレンズ３０のメタ領域では、コマ収差を発生させることで光源部２０からの光Ｌの発散角が上記のように広がるため、配光パターン７０は投影レンズから投影される配光パターンよりも広がり得る。
　また、前述した特許文献２の車両用灯具では、配光パターンを広げるために投影レンズ及び付加レンズの両方が用いられている。しかし、本実施形態のメタレンズ３０では、このように投影レンズ及び投影レンズとは別のレンズによって配光パターンが広がる場合に比べて、投影レンズとレンズとの相対位置を調節する必要がなく、部品点数が削減され得、車両用灯具１の重量が削減され得る。また、上記した投影レンズ及び上記した別のレンズによって光の発散角を広げる場合に比べて、本実施形態の車両用灯具１では、１枚のメタレンズ３０で光Ｌの発散角を広げられ、小型化できる。
　また、配光パターン７０の広がり量は光Ｌの発散角の広がり量によって調節され、発散角の広がり量はコマ収差の程度である光Ｌの上記の伸びによって調節され、光Ｌの伸びは複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等によって調節される。このようにメタレンズ３０の設計の自由度は高くされるため、本実施形態の車両用灯具１では、加工精度によってコマ収差が意図せずに発生してしまう投影レンズに比べて、配光パターン７０の広がり量が容易に制御され得る。
　なお、投影レンズにコマ収差を意図して発生させようとしても、投影レンズの形状や、投影レンズによって投影される配光パターンにおける光量分布等の兼ね合いで、当該配光パターンの広がり量の自由度が制限されてしまう。しかしながら、本実施形態の車両用灯具１では、上記したコマ収差の程度の調節によって、コマ収差を意図して発生させる投影レンズに比べて、配光パターン７０の広がり量の自由度が向上し得る。
　また、投影レンズにコマ収差が発生しても、光Ｌの発散角が左右方向において配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向に広がるとは限らず、左右方向において配光パターンが容易に広がるとは限らない。しかしながら、本実施形態の車両用灯具１では、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等の調節によって、左右方向において配光パターン７０は容易に広がり得る。また、本実施形態の車両用灯具１では、左右方向に配光パターン７０が広がるようにコマ収差を意図して発生させる投影レンズの制作に比べて、メタレンズ３０を容易に制作できる。
　本実施形態のメタレンズ３０で用いられているコマ収差以外で光が発散する収差として、球面収差、非点収差、及び、像面収差が挙げられる。これら３つの収差では、像面における光が基準となる点像から点像の周囲に放射状に拡散することもある。従って、これら３つの収差では、コマ収差のように、配光パターンの外側だけでなく、配光パターンの内側にも像のボケが広がる。このため、これら３つの収差のうちのいずれかによって広がる配光パターンは、コマ収差によって広がる配光パターンに比べて効率的に広がらない。これに対して、本実施形態のメタレンズ３０では、コマ収差によって光Ｌの発散角を左右方向においてのみ配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向に広げているため、他の３つの収差に比べて配光パターン７０を左右方向に効率的に広げ易くなり、広がる方向が一方向に規定され得る。また、３つの収差では、上記した拡散によって、配光パターンの左右の端において明るさのぼやけが発生してしまうことがある。これに対して、本実施形態のメタレンズ３０では、コマ収差によって配光パターンを広がる方向が左右方向における配光パターンの外側となるように制御される。従って、本実施形態のメタレンズ３０では、配光パターンの左右の端周辺において光量が内側から外側に徐々に少なくなり得、他の３つの収差に比べて配光パターンの左右の端における明るさのぼやけが抑制され得る。
　上記したように、像面において光はコマ収差によって点像からある方向に伸び、光の伸び量は像面における点像から当該点像から広がる彗星状の発散光の最外角までの広がり角に相当する。コマ収差によって伸びる光における光量は、点像において最も多く、点像から離れるほど徐々に少なくなる。本実施形態のメタレンズ３０では、広がる配光パターン７０が左右の端における光量は配光パターン７０の中心側から外側に向かって徐々に少なくなり、配光パターン７０の左右端における配光ムラの発生が抑制され得る。また、配光パターン７０における配光ムラを抑制する観点から、光の伸び量は、像面における点像を形成する光の広がり角度の１５％程度であればよく、当該広がり角度の５０％であれば非常に有効である。
　配光パターン７０は、ロービーム用の配光パターンとして説明したが、ハイビーム用の配光パターンであってもよい。
　メタ領域は、配光パターン７０の中心部はコマ収差が抑制され、配光パターン７０の端部に向かうにしたがって発散角を広げてもよい。これにより中心部の光量が保たれつつ、運転者の視界の広がりも確保される。また、メタ領域は、領域７０ａを形成し左方向へ広がる光Ｌの発散角と領域７０ｂを形成し右方向へ広がる光Ｌの発散角との一方を広げてもよい。これにより、配光パターン７０の右端と左端との一方のみが広がり得る。また、メタ領域は、領域７０ａを形成し左方向へ広がる少なくとも一部の光Ｌの発散角を広げてもよい。これにより、配光パターン７０の左端の少なくとも一部は、広がり得る。また、メタ領域は、領域７０ｂを形成し右方向へ広がる少なくとも一部の光Ｌの発散角を広げてもよい。これにより、配光パターン７０の右端の少なくとも一部は、広がり得る。
　コマ収差が発生するように光Ｌの位相分布を変化させるメタ領域を有するメタレンズ３０を備える車両用灯具１について、第５実施形態を例に説明したが、このような車両用灯具１はこれに限定されるものではない。このような車両用灯具１の変形例である第２変形例、第３変形例、及び第４変形例について以下に説明する。
　まず、第２変形例について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、第２変形例における配光パターンの一例を示す図であり、図１２は、第２変形例における配光パターンの別の一例を示す図である。本変形例のメタ領域は、領域７０ａを形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから左方向へ広がる光Ｌの発散角と領域７０ｂを形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから左方向へ広がる光Ｌの発散角との一方を他方よりも大きくしてもよい。これにより、配光パターン７０の右端の広がり量及び配光パターン７０の左端の広がり量の一方が他方よりも多くなる。例えば、メタ領域が領域７０ａを形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから左方向へ広がる光Ｌの発散角を領域７０ｂを形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから右方向へ広がる光Ｌの発散角よりも大きくすると、図１１に示すように配光パターン７０が右端よりも左端に広く広がる。この場合、走行車線側の歩道に位置する歩行者や道路標識等の対象物への光Ｌの照射範囲は広がり得る。また、例えば、メタ領域が領域７０ｂを形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから右方向へ広がる光Ｌの発散角を領域７０ａを形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから左方向へ広がる光Ｌの発散角よりも大きくすると、図１２に示すように配光パターン７０が左端よりも右端に広く広がる。この場合、対向車線側の歩道に位置する歩行者等の対象物への光Ｌの照射範囲が広がり得る。従って、車両の運転者は、配光パターンが広がった側に位置する対象物を一層視認し易くなり得る。
　次に、第３変形例について図１３を用いて説明する。図１３は、第３変形例における配光パターンの一例を示す図である。本変形例の配光パターン７０は、左側の車両用灯具１から投影される配光パターン７１と、右側の車両用灯具１から投影される配光パターン７３との重なりあいによって構成される。配光パターン７１，７３を見易くするために、配光パターン７１には左斜め上方に延在するハッチングを付しており、配光パターン７３には右斜め上方に延在するハッチングを付している。配光パターン７１の左端は、配光パターン７３の左端よりも外側に位置する。また、配光パターン７３の右端は、配光パターン７１の右端よりも外側に位置する。
　配光パターン８０は、配光パターン７０と同様に、左右それぞれの車両用灯具１から投影される配光パターンの重なりによって形成される。配光パターン７１，７３と区別し易くするために、配光パターン８０にはハッチングを付していない。
　左側の車両用灯具１のメタ領域は、光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向である当該光軸から左方向に広げる。これにより、配光パターン７１の左端は、配光パターン８０の左端よりも左方向に広がる。また、右側の車両用灯具１のメタ領域は光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向である当該光軸から右方向に広げる。これにより、配光パターン７３の左端は、配光パターン８０の右端よりも右方向に広がる。
　このように、左右それぞれの車両用灯具１から投影される配光パターン７１，７３の重ね合わせによって配光パターン７０が形成される場合であっても、配光パターン７０を左右に広げることができる。また本変形例では、例えば左側用のメタレンズ３０を、交換前の左側用のメタレンズ３０とはコマ収差の程度が異なる別の左側用のメタレンズ３０と交換することで、配光パターンの左方向における広がりを調節できる。
　次に、第４変形例について図１４を用いて説明する。図１４は、第４変形例における配光パターンの一例を示す図である。図１４において、Ｓ１は、水平線Ｓに平行な線であり、配光パターン７０の中心を通る線である。配光パターン７０のうち、Ｓ１線と配光パターン７０の上端との間の配光パターン７０の一部を領域７０ｃとして、Ｓ１線と配光パターンの下端との間の配光パターン７０の残りの一部を領域７０ｄとする。配光パターン７０はロービーム用であり、カットラインの位置を固定する必要がある。このため、メタ領域は、メタレンズ３０を水平方向から見る場合に、領域７０ｃを形成する光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向である当該光軸から上方向に広げず、領域７０ｄを形成する光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向である当該光軸から下方向に広げる。これにより、配光パターン７０は、領域７０ｄにおいて配光パターン８０の下端が外側である下方に広がるような配光パターンとなる。なお、例えば、配光パターン７０がハイビーム用の配光パターンである場合、メタ領域は、メタレンズ３０を水平方向から見る場合に、領域７０ｃを形成する光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向である当該光軸から上方向に広げてもよい。これにより、配光パターン７０は、領域７０ｃにおいて配光パターン８０の上端が外側である上方に広がるような配光パターンとなる。このようにメタ領域は、配光パターン７０における点像を配光パターン７０の上下方向において配光パターン７０の内側から配光パターン７０の外側に向かって伸ばすコマ収差が発生するように、メタ領域を透過する光Ｌの位相分布を変化させている。これにより、メタ領域は、コマ収差が発生しない場合に比べて光Ｌの発散角を配光パターンの上下方向において配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向に広げて、配光パターン８０に比べて配光パターン７０を配光パターンの高さ方向である上下方向にも広げている。この場合、車両の運転者は、案内標識や路面等の対象物を視認し易くなり得る。
　また、メタ領域は、左右方向における配光パターン７０の端側を形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから左右方向へ広がる光Ｌの発散角を上下方向における配光パターン７０の端側を形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから上下方向へ広がる光Ｌの発散角よりも広げている。これにより、配光パターン７０の左右両端のそれぞれの広がり量は配光パターン７０の下端の広がり量よりも多くなり、メタレンズ３０から出射する光の光量が変わることなく配光パターン７０は配光パターン７０の上下方向よりも左右方向に多く広がる。これにより、運転者の視界の広がりは当該配光パターンによって上下方向よりも左右方向に確保され得る。また、配光パターン７０の左右両端のそれぞれの広がり量が配光パターン７０の下端の広がり量よりも多くならない場合に比べて、車両の運転者は、歩行者、及び道路標識等の対象物を一層視認し易くなり得る。
　なお、メタ領域は、配光パターン７０の下端側を形成する光Ｌの発散角を広げなくてもよいし、配光パターン７０の上端側を形成する光Ｌの発散角を広げてもよい。或いは、メタ領域は、左右方向における配光パターン７０の端側を形成する光Ｌの発散角よりも上下方向における配光パターン７０の端側を形成する光Ｌの発散角を広げてもよい。これにより、配光パターン７０は、配光パターン７０の左右方向よりも上下方向に多く広がる。
（第６実施形態）
　次に、本発明の第６実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。本実施形態では、メタレンズ３０の構成が第１実施形態と異なる。
　図１に示すように、例えば日中に車両が上り坂を走行している場合において、例えば太陽光などの光が車両用灯具１の外部からフロントカバー１２を介して車両用灯具１の筐体１０の内部に入射することがある。筐体１０の内部に入射した光は、メタレンズ３０において主面３２ｓに入射し主面３１ｓから光源部２０に向かって出射し、光源部２０からの光Ｌとは逆方向に進行して光源部２０に集光することがある。光の集光によって、光源部２０は劣化するおそれがある。本実施形態のメタ領域は屈曲力によって集光を抑制しており、当該屈曲力について以下に説明する。また、以下において、光に含まれる可視光の最長波長は６６０ｎｍであり、光に含まれる赤外光の最短波長が１０００ｎｍであり、この場合のそれぞれの光の波長の比が１：１．５であるものとして説明する。
　屈曲力とは、屈折レンズやメタ領域がそれぞれを透過する光を曲げる力を示す。屈曲力が小さいほど、それぞれを透過する光の曲がり角が小さくなり、光の集束が抑制される。
　次に、１枚の屈折レンズの屈曲力について説明する。屈折レンズの主な材質として、アクリルまたはポリカーボネートが挙げられる。アクリルからなる屈折レンズの屈折率は、可視光に対して１．４８９であり、赤外光に対して１．４８３である。また、ポリカーボネートからなる屈折レンズの屈折率は、可視光に対して１．５７９であり、赤外光に対して１．５６８である。
　１枚の屈折レンズの焦点距離は「屈折率－１」に反比例するため、当該屈折レンズの屈曲力は「屈折率－１」に比例する。このため、アクリルからなる屈折レンズにおいて、可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力を１とすると、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は概ね０．９８となる。また、ポリカーボネートからなる屈折レンズにおいて、可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力を１とすると、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は、概ね０．９８となる。
　従って、アクリルであってもポリカーボネートであっても、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は、可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力の概ね０．９８倍となる。この場合、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力と概ね同じであるため、赤外光の曲がり角は可視光の曲がり角と概ね同じとなり、赤外光を屈曲する屈折レンズの焦点距離は可視光の場合の焦点距離と概ね同じとなる。従って、屈折レンズは、赤外光を集光し易くしてしまう。
　次に、メタ領域の屈曲力について説明する。メタ領域を透過する光の位相分布は、上記したようにメタ領域によって変化される。位相は光の波面の進み遅れを表すため、位相分布が与えられた光は波面に傾きを持つ。光は波面に垂直となる向きへ進行するため、上記の効果によってメタ領域において位相を変調された光は元の進行方向と異なる向きへ波面が傾き、光の進行方向が屈曲される。このため、メタ領域を透過する光を屈曲するメタ領域の屈曲力は、当該光の位相変調量と当該光の波長との積の値に概ね比例する。上記のように、メタ領域は、メタ領域を透過する光の位相分布を変化させる。この位相分布は、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等に応じて変化する。これらの調節によって、メタ領域はメタ領域を透過する光の位相分布を変化する。また、メタ領域では、当該変化によって当該光の位相変調量を変化させている。本実施形態のメタ領域において、上記の調節によって可視光の位相変調量と赤外光の位相変調量との比は４：１とされており、可視光の上記の最長波長と赤外光の上記の最短波長との比は上記の１：１．５である。従って、この場合において、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力と赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力との比は、１：０．３となる。
　このように、メタ領域は、上記の調節によってメタ領域を透過する光の位相分布を変化させおり、当該変化によって当該光の位相変調量を変化させ、この変化によってメタ領域を透過する可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力よりもメタ領域を透過する赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力を小さくする。赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力が可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力よりも小さくなると、赤外光の曲がり角が可視光の曲がり角よりも小さくなるため、メタ領域は赤外光の集光を抑制し得る。従って、メタ領域は、可視光を光源部２０に集光し、赤外光の集光を抑制して赤外光を透過させている。
　次に、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力と、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力との比較について説明する。両者を可視光を屈曲するそれぞれの屈曲力を基準に比較すると、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は、上記の調節によって、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力よりも小さい。従って、メタ領域による赤外光の曲がり角は、屈折レンズによる赤外光の曲がり角よりも小さくなる。可視光を屈曲する屈折レンズの焦点距離を５０ｍｍと仮定する場合、赤外光を屈曲する屈折レンズの焦点距離は、屈折レンズの上記の屈曲力の比によって可視光を屈曲する焦点距離から概ね０．１ｍｍずれる。これに対して、可視光を屈曲するメタ領域を含むメタレンズ３０の焦点距離を上記と同様に５０ｍｍと仮定する場合、赤外光を屈曲するメタ領域を含むメタレンズ３０の焦点距離は、メタ領域の上記の屈曲力の比によって可視光を屈曲するメタ領域を含むメタレンズ３０焦点距離から概ね１００ｍｍずれる。従って、メタ領域が屈折レンズよりも赤外光を屈曲する屈曲力を小さくすると、メタ領域による赤外光の曲がり角は屈折レンズによる赤外光の曲がり角よりも小さくなるため、メタ領域は屈折レンズよりも赤外光の集光を抑制し得る。
　なお、赤外光に対するメタレンズ３０の焦点距離が可視光に対するメタレンズ３０の焦点距離から当該焦点距離の１０％程度ずれるだけでも、メタ領域は赤外光の集光を抑制し得える。この場合、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力と赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力との比は概ね１：０．９、つまり赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力の概ね０．９倍となる。以下に、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力と赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力との比が概ね１：０．９である場合の可視光の位相変調量と赤外光の位相変調量との比について説明する。
　ここでは、可視光の位相変調量と赤外光の位相変調量との比を１：Ｘとする。可視光及び赤外光のそれぞれの波長の比は、上記のように１：１．５となる。また、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力と赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力との比は、上記した概ね１：０．９が適切である。上記のように、可視光及び赤外光のそれぞれを屈曲するメタ領域の屈曲力は、位相変調量と波長との積の値に概ね比例する。従って、Ｘは０．６となり、赤外光の位相変調量は可視光の位相変調量の０．６倍となる。なお、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力の０．９倍未満であることが好適であることから、赤外光の位相変調量は可視光の位相変調量の０．６倍未満であることが好適となる。
　上記のように、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力の概ね０．９８倍となり、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力の０．９倍未満となる。赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力と、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力とを可視光を屈曲するそれぞれの屈曲力を基準に比較すると、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力よりも小さくなる。従って、メタ領域は、屈折レンズよりも赤外光の集光を抑制し得る。
　図１５は、ナノ構造体３５の直径と、最長波長が６６０ｎｍである可視光及び最短波長が１０００ｎｍである赤外光のそれぞれの位相変調量との関係を示す図である。実線はナノ構造体３５の直径と可視光の位相変調量との関係を示し、破線はナノ構造体３５の直径と赤外光の位相変調量との関係を示す。
　メタレンズ３０が可視光に対してレンズとして機能することによって可視光を集光するためには、可視光の位相変調量は０－２π（ｒａｄ）の範囲をとることが重要である。このために、ナノ構造体３５の形状が円柱形状であり、円柱形状のナノ構造体３５の直径の範囲はこの範囲に対応する直径となっていればよく、例えば０ｎｍから２５０ｎｍまでであることが好適である。本実施形態では、ナノ構造体３５の直径の範囲は例えば１００ｎｍから２５０ｎｍまであることがより好適であり、この範囲内の直径のナノ構造体３５が複数配置されている。可視光の位相変調量の範囲において、赤外光の位相変調量は０．５πラジアンである。従って、メタ領域は、赤外光の集光を抑制して赤外光を透過させる。
　なお、ナノ構造体３５の形状が円柱形状である場合、集光させる光の波長が長くなるほど、図１５に示すグラフの傾きは小さくなるため、ナノ構造体３５の直径の範囲は広がる。
　上記のように、本実施形態のメタ領域は、メタ領域を透過する光の位相分布を変化させ、メタ領域を透過する光に含まれる可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力よりもメタ領域を透過する光に含まれる赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力を小さくする。
　本実施形態の車両用灯具１では、上記のように、メタ領域はメタ領域を透過する光の位相分布を変化させる。この位相分布は、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等に応じて変化する。このため、メタ領域は、これらを調節することで、メタ領域を透過する光の位相分布を変化させ、光に含まれる可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力よりも光に含まれる赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力を小さくする。屈曲力が小さいほど、メタ領域を透過する光の曲がり角が小さくなり、光の集束が抑制される。従って、例えば太陽光が車両用灯具１の外部からフロントカバー１２を介して車両用灯具１の筐体１０の内部に入射しても、この車両用灯具１では、太陽光に含まれる赤外光の曲がり角は上記の屈曲力によって太陽光に可視光の曲がり角よりも小さくなるため、投影レンズに比べて、メタ領域は光源部２０に進行する赤外光の集光を抑制し得る。赤外光の集光が抑制されると、投影レンズに比べて、赤外光の集光による光源部２０の劣化が抑制され得る。
　また、光源部２０の劣化が抑制されると、光源部２０から出射される光Ｌへの光源部２０の劣化による影響が抑制され、所定の配光パターンが投影され得る。
　また、ナノ構造体３５の形状が円柱形状とすることで、光源部２０からの可視光がランダム偏光であっても、当該可視光が効率的に屈曲し得る。
　可視光を屈曲する屈曲力より赤外光を屈曲する屈曲力が小さいメタ領域を有するメタレンズ３０を備える車両用灯具１について、第６実施形態を例に説明したが、このような車両用灯具１はこれに限定されるものではない。第６実施形態の変形例について以下に説明する。
　第６実施形態の車両用灯具１では、車両用灯具１の外部から車両用灯具１の内部に入射する光として太陽光を用いて説明したが、当該光は、太陽光に限定される必要はなく、車両用灯具１の外部から車両用灯具１の内部に入射する赤外光及び可視光であればよい。また、波長の比が１：１．５の一例として、可視光の最長波長を６６０ｎｍとし、赤外光の最短波長が１０００ｎｍとしているが、当該比が１：１．５であれば、可視光及び赤外光のそれぞれの波長は特に限定されない。
　車両用灯具１から投影される配光パターンは、ロービーム用の配光パターンであってもよいし、ハイビーム用の配光パターンであってもよい。
（第７実施形態）
　次に、本発明の第７実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。本実施形態では、光源部２０及びメタレンズ３０の構成が第１実施形態と異なる。
　図１６は、本実施形態における車両用灯具を図１と同様に示す図である。また、図１７は、本実施形態における光源部２０から出射する光の分光分布、及びメタレンズ３０の光の透過率分布を概略的に示す図である。なお、図１７において、横軸は波長であり、第１の縦軸は最大強度を基準とする相対強度であり、第２の縦軸は最大の透過率を基準とする相対的な透過率である。また、図１７では、分光分布が細線で示され、透過率分布が太線で示されている。本実施形態では、光源部２０から出射する光Ｌの波長帯域は、概ね３８０ｎｍから７８０ｎｍである。また、図１７に示すように、この光Ｌの分光分布９０は、４つのピーク９１，９２，９３，９４を有する。それぞれのピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗは、波長９１ｗ、波長９２ｗ、波長９３ｗ、波長９４ｗの順で長くなる。波長９１ｗは概ね４１０ｎｍであり、波長９２ｗは概ね４６０ｎｍであり、波長９３ｗは概ね５３０ｎｍであり、波長９４ｗは概ね６２０ｎｍである。このため、複数のピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗうち、波長９１ｗが最短であり、波長９４ｗが最長である。また、これらピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗは可視光の波長帯域に含まれる。なお、分光分布９０は、可視光線の波長帯域に含まれないピークを有していてもよい。また、分光分布９０のピークの数は制限されず、例えば、分光分布９０はピークを有さなくてもよい。また、光源部２０から出射する光Ｌは、複数の発光素子２１から出射する光であるため、それぞれの発光素子２１から出射する光の分光分布は、図１７に示す分光分布９０と概ね同じである。
　例えば日中に車両が上り坂を走行しているときなどにおいて、図１６に示すように、太陽光Ｌ２がフロントカバー１２を介して灯室Ｒ内に入射し、メタレンズ３０を透過して光源部２０に照射される場合がある。本実施形態では、メタレンズ３０は当該メタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくする。このため、メタレンズ３０を透過する太陽光Ｌ２は、集光して光源部２０に照射される。
　図１８は、地表近くでの太陽光Ｌ２の分光分布、及び本実施形態のメタレンズ３０の光の透過率分布を概略的に示す図である。なお、図１８において、横軸は波長であり、縦軸は最大強度を基準とする相対強度であり、第２の縦軸は最大の透過率を基準とする相対的な透過率である。また、図１８では、分光分布が細線で示され、３００ｎｍから２５００ｎｍの範囲における透過率分布が太線で示されている。図１８に示すように、太陽光Ｌ２には可視光とともに赤外光も含まれる。
　また、ナノ構造体を含むセルが配列されたメタ領域を有するメタレンズでは、特定の波長の光の透過率が他の波長の光の透過率よりも極端に低くなる現象が生じる場合があり、この特定の波長は複数あることが知られている。これら特定の波長は、メタレンズにおける光の不透過率がピークとなる波長であり、共鳴波長と呼ばれる。これら共鳴波長は、それぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさや形状、当該ナノ構造体を構成する材料の屈折率等に応じて決まる。本実施形態では、図１８に示すように、メタレンズ３０における複数の共鳴波長のうち、最長の共鳴波長３０ｗ１及び２番目に長い共鳴波長３０ｗ２は、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満の範囲に含まれ、２番目に長い共鳴波長３０ｗ２は、８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に含まれる。具体的には、共鳴波長３０ｗ１は概ね１７００ｎｍであり、共鳴波長３０ｗ２は概ね８５０ｎｍである。また、３番目に長い共鳴波長３０ｗ３は概ね４２５ｎｍである。なお、図１８には、これら共鳴波長３０ｗ１，３０ｗ２，３０ｗ３を示す一点鎖線ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３が記載されている。また、図１７には、共鳴波長３０ｗ３を示す一点鎖線ＳＬ３が記載されている。図１７に示すように、共鳴波長３０ｗ３は、光源部２０から出射する光Ｌの波長帯域に含まれており、光源部２０からの光Ｌは共鳴波長３０ｗ３と同じ波長の光を含む。しかし、この共鳴波長３０ｗ３は、当該光Ｌの分光分布９０におけるピーク９１，９２，９３，９４の波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗと異なる。このため、メタレンズ３０における複数の共鳴波長の全ては、これらピークの波長と異なる。また、この共鳴波長３０ｗ３は、互いに隣り合うピーク９１，９２の波長９１ｗ，９２ｗ間の波長である。なお、メタレンズ３０における少なくとも１つの共鳴波長が８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満であればよい。例えば、最長の共鳴波長が共鳴波長３０ｗ２であり、２番目に長い共鳴波長が共鳴波長３０ｗ３であってもよい。
　上記のように、本実施形態の車両用灯具１では、メタレンズ３０における少なくとも１つの共鳴波長は、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満である。また、図１８に示すように、一般的に地表近くにおける太陽光には、８００ｎｍから２４００ｎｍの波長帯域の光が含まれる。このため、本実施形態の車両用灯具１によれば、太陽光Ｌ２がメタレンズ３０を透過して光源部２０に照射されるとき、メタレンズ３０が投影レンズとされる場合と比べて、太陽光Ｌ２のうち８００ｎｍから２４００ｎｍの波長の光の光源部２０への照射量を低減できる。従って、本実施形態の車両用灯具１によれば、上記の場合と比べて、太陽光Ｌ２による光源部２０の加熱量を少なくし得、太陽光Ｌ２による光源部２０の劣化を抑制し得る。
　本実施形態の車両用灯具１では、共鳴波長３０ｗ２は、８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に含まれる。図１８に示すように、一般的に地表近くにおける太陽光Ｌ２の強度は、８００ｎｍ以上の波長帯域において、波長が長くなるに従い小さくなる傾向にある。なお、太陽光Ｌ２の分光分布１００は、強度が急激に小さくなる谷を複数有する。この谷における最小の強度は、例えば、当該谷の近傍における強度の５０％以下である。このような谷は８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に位置しない傾向にある。このため、上記のような構成にすることで、太陽光Ｌ２がメタレンズ３０を透過して光源部２０に照射されるときの太陽光Ｌ２による光源部２０の加熱量を少なくし易い。なお、８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に複数の共鳴波長が含まれてもよく、この範囲に共鳴波長が含まれなくてもよい。
　本実施形態の車両用灯具１では、光源部２０から出射する光Ｌの分光分布９０は、４つのピーク９１，９２，９３，９４を有する。複数の共鳴波長は、ピーク９１，９２，９３，９４の波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗと異なる。分光分布９０のピーク９１，９２，９３，９４における波長の光は、車両用灯具から出射する光の色調に大きく影響する傾向にある。このため、本実施形態の車両用灯具１によれば、出射する光の色調に大きく影響する波長の光のメタレンズ３０での透過率が低くなることを抑制し得、所望の色調の光を出射し得る。
　なお、所望の色調の光を出射する観点では、分光分布９０は複数のピークを有し、複数の共鳴波長が複数のピークのそれぞれの波長と異なっていればよい。例えば、複数の共鳴波長が光源部２０から出射する光Ｌの波長帯域に含まれていてもよい。また、本実施形態では、光源部からの光Ｌの波長帯域に含まれる共鳴波長３０ｗ３は、互いに隣り合うピーク９１，９２の波長９１ｗ，９２ｗ間の波長である。このような場合、共鳴波長３０ｗ３は、互いに隣り合うピーク９１，９２間において強度が最小である光Ｌの波長と同じであることが好ましい。このような構成にすることで、ピーク９１，９２間において強度が最小である光を除く光の波長とこの共鳴波長３０ｗ３とが同じ場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。
　また、出射する光量の低下を抑制する観点では、分光分布９０の全体における最大の強度に対する光源部２０からの光Ｌにおける共鳴波長３０ｗ３の光の強度の比は、０．１以下であることが好ましい。このような構成にすることで、この比が０．１を超える場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。また、このような構成にすることで、この比が０．１を超える場合と比べて所望の色調の光を出射し易くし得る。なお、この比は、ゼロであることがより好ましい。しかし、この比は、０．１を超えていてもよい。また、出射する光量の低下を抑制する観点では、光源部２０からの光Ｌ全体の光量に対する光源部２０からの光Ｌにおける共鳴波長３０ｗ３の光量の割合は４％未満であることが好ましい。
　また、本実施形態の車両用灯具１は、上記のように、メタレンズ３０は当該メタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくする。このため、メタレンズ３０を透過する太陽光Ｌ２は集光して光源部２０に照射されるため、メタレンズ３０が光源部２０からの光Ｌの発散角を大きくする場合と比べて、光源部２０が劣化する可能性が高い。このため、本実施形態の車両用灯具１は、光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくする場合に特に有用である。
　また、本実施形態の車両用灯具１は、光源部２０とメタレンズ３０とを収容する筐体１０を備える。このような車両用灯具１では、太陽光Ｌ２のメタレンズ３０への入射角によっては、メタレンズ３０を透過した太陽光Ｌ２が筐体１０の内面に照射される場合がある。本実施形態の車両用灯具１によれば、太陽光Ｌ２がメタレンズ３０を透過して筐体１０に照射されるとき、メタレンズ３０が投影レンズとされる場合と比べて、太陽光Ｌ２のうち８００ｎｍから２４００ｎｍの波長の光の筐体１０の内面への照射量を低減できる。
　少なくとも１つの共鳴波長が８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満であるメタレンズ３０を備える車両用灯具１について、第７実施形態を例に説明した。しかし、このような車両用灯具１はこれに限定されるものではない。第７実施形態の変形例について以下に説明する。
　例えば、第７実施形態では、複数の共鳴波長が光源部２０から出射する光Ｌの波長帯域に含まれる共鳴波長３０ｗ３を含むメタレンズ３０を例に説明した。しかし、メタレンズ３０における複数の共鳴波長の全ては、光源部２０から出射する光Ｌの波長帯域に含まれなくてもよい。換言すれば、光源部２０から出射する光Ｌは、メタレンズ３０における複数の共鳴波長の全てを含まなくてもよい。このような構成にすることで、少なくとも１つの共鳴波長が光源部２０から出射する光Ｌの波長帯域に含まれる場合と比べて、所望の色調の光を出射し得る。
　また、第７実施形態では、複数の共鳴波長の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なるメタレンズ３０を例に説明した。しかし、所望の色調の光を出射する観点では、複数の共鳴波長が複数のピークのそれぞれの波長と異なっていればよく、例えば、特定の共鳴波長があるピークの波長と同じであってもよい。なお、所望の色調の光を出射する観点では、複数の共鳴波長の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることが好ましい。
　また、所望の色調の光を出射する観点では、メタレンズ３０の光の透過率分布は、メタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの最大の透過率を基準とする相対的な透過率が８０％以下であり１つの共鳴波長を含む連続した共鳴波長帯域を複数含み、これら共鳴波長帯域の少なくとも１つが複数のピークのそれぞれの波長と異なることが好ましい。この場合、これら共鳴波長帯域の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。なお、メタレンズ３０の光の透過率分布がメタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの最大の透過率を基準とする相対的な透過率が６０％以下であり１つの共鳴波長を含む連続した共鳴波長帯域を複数含む場合には、これら共鳴波長帯域の少なくとも１つが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。この場合、これら共鳴波長帯域の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。また、メタレンズ３０の光の透過率分布がメタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの最大の透過率を基準とする相対的な透過率が４０％以下であり１つの共鳴波長を含む連続した共鳴波長帯域を複数含む場合には、これら共鳴波長帯域の少なくとも１つが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。この場合、これら共鳴波長帯域の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。
　なお、所望の色調の光を出射し易くする観点では、第７実施形態と異なり、例えば、メタレンズにおける最長の共鳴波長は、光源部からの光の分光分布のピークにおける波長のうち最短の波長より短くてもよい。つまり、このようになるように光源部やメタレンズを構成してもよい。以下、このような変形例について図１９を参照して説明する。なお、第７実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図１９は、第５変形例に係る光源部２０から出射する光の分光分布９０、及びメタレンズ３０の光の透過率分布を図１７と同様に示す図である。本変形例では、メタレンズ３０の共鳴波長が上記実施形態における共鳴波長と異なる。また、分光分布９０は上記実施形態の分光分布９０と同じであるが、異なっていてもよい。また、メタレンズ３０における最長の共鳴波長３０ｗ１は、光源部２０からの光Ｌの波長帯域に含まれる。しかし、上記のように、この最長の共鳴波長３０ｗ１は、複数のピーク９１，９２，９３，９４のそれぞれにおける波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗのうち最短の波長９１ｗより短い。このため、メタレンズ３０における複数の共鳴波長の全ては、波長９１ｗより短い。本変形例の車両用灯具１によれば、メタレンズ３０における最長の共鳴波長３０ｗ１が上記の最短の波長９１ｗより長い場合と比べて、出射する光の色調に大きく影響する波長の光のメタレンズでの透過率が低くなることを抑制し得る。従って、本変形例の車両用灯具１によれば、上記の場合と比べて、所望の色調の光を出射し易くし得る。なお、所望の色調の光を出射し易くする観点では、メタレンズ３０における最長の共鳴波長３０ｗ１は、光源部２０からの光Ｌの波長帯域における最短の波長より短くてもよい。また、この観点では、メタレンズ３０における最長の共鳴波長３０ｗ１は、可視光の波長帯域における最短の波長、例えば、３８０ｎｍより短くてもよい。つまり、このようになるようにメタレンズ３０を構成してもよい。
（第８実施形態）
　次に、本発明の第８実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。本実施形態では、光源部２０及びメタレンズ３０の構成が第１実施形態と異なる。
　図２０は、本実施形態における光源部２０から出射する光の分光分布、及びメタレンズ３０の光の透過率分布を概略的に示す図である。なお、図２０において、横軸は波長であり、第１の縦軸は最大強度を基準とする相対強度であり、第２の縦軸は最大の透過率を基準とする相対的な透過率である。また、図２０では、分光分布が細線で示され、透過率が太線で示されている。図２０に示すように、本実施形態では、分光分布９０は、４つのピーク９１，９２，９３，９４を有する。それぞれのピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗは、波長９１ｗ、波長９２ｗ、波長９３ｗ、波長９４ｗの順で高くなる。波長９１ｗは概ね４１０ｎｍであり、波長９２ｗは概ね４６０ｎｍであり、波長９３ｗは概ね５３０ｎｍであり、波長９４ｗは概ね６２０ｎｍである。このため、複数のピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗのうち、波長９１ｗが最短であり、波長９４ｗが最長である。また、これらピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗは可視光の波長帯域に含まれる。なお、分光分布９０は、可視光の波長帯域に含まれないピークを有していてもよい。また、光源部２０から出射する光Ｌは、複数の発光素子２１から出射する光であるため、それぞれの発光素子２１から出射する光の分光分布は、図２０に示す分光分布９０と概ね同じである。
　本実施形態では、ナノ構造体３５の形状は円柱形状であり、直径は図２０に示すピーク９４の波長９４ｗより小さい。なお、ナノ構造体３５の幅が、ピーク９１，９２，９３，９４のそれぞれにおける波長のうち最長の波長９４ｗより小さければよく、ナノ構造体３５の形状は特に制限されるものではない。
　第７実施形態で説明したように、メタレンズにおける共鳴波長は、それぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさや形状、当該ナノ構造体を構成する材料の屈折率等に応じて決まる。本実施形態では、メタレンズ３０における複数の共鳴波長の全ては、それぞれのピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗと異なる。また、図２０に示すように、メタレンズ３０における複数の共鳴波長のうち、最長の共鳴波長３０ｗ１は波長９４ｗより長く、２番目に長い共鳴波長３０ｗ２は、光源部２０からの光Ｌの波長帯域に含まれる。なお、図２０には、これら共鳴波長３０ｗ１，３０ｗ２を示す一点鎖線ＳＬ１，ＳＬ２が記載されている。本実施形態では、２番目に長い共鳴波長３０ｗ２は、これら波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗのうち最短の波長９１ｗを超えかつ最長の波長９２ｗ未満である。複数の共鳴波長に最短の波長９１ｗを超えかつ最長の波長９４ｗ未満である共鳴波長が含まれないようにする場合、それぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状、セル３３の配列等の設計が複雑になる傾向にある。このため、本実施形態では、これらの設計が複雑になることを抑制し得る。なお、複数の共鳴波長に波長９１ｗを超えかつ波長９４ｗ未満である共鳴波長が含まれなくてもよい。また、本実施形態では、ピーク９１，９２，９３，９４のうち互いに隣り合うピーク９２，９３間において強度が最小である光源部２０からの光の波長と、２番目に長い共鳴波長３０ｗ２とが同じである。なお、ピーク９２，９３間において強度が最小である光源部２０からの光の波長とこの共鳴波長３０ｗ２とが異なっていてもよい。また、この共鳴波長３０ｗ２は、ピーク９１，９２間の波長であってもよく、ピーク９３，９４間の波長であってもよく、これらピーク間において強度が最小である光源部２０からの光の波長とこの共鳴波長３０ｗ２とは同じであってもよく、異なっていてもよい。また、メタレンズ３０における複数の共鳴波長は、最短の波長９１ｗを超えかつ最長の波長９４ｗ未満である共鳴波長を複数含んでいてもよい。
　前述した特許文献３の発光モジュールでは、ＬＥＤから出射する光の波長や蛍光体を適宜選択することで、出射する光の色調を調節し得る。このため、このような発光モジュールを車両用灯具の光源部に用いることで、所望の色調の光を車両用灯具から出射し得ると考えられる。本実施形態の車両用灯具１では、上記のように、光源部２０から出射する光の分光分布９０は、複数のピーク９１，９２，９３，９４を有する。このため、本実施形態の車両用灯具１によれば、この分光分布９０が１つのピークのみを有する場合と比べて、出射する光の色調を所望の色調にし得る。また、本実施形態のメタレンズ３０における複数の共鳴波長は、複数のピーク９１，９２，９３，９４のそれぞれの波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗと異なる。複数のピーク９１，９２，９３，９４におけるそれぞれの波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗの光は、車両用灯具１から出射する光の色調に大きく影響する。このため、本実施形態の車両用灯具１によれば、出射する光の色調に大きく影響する波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗの光のメタレンズ３０での透過率が低くなることを抑制し得、所望の色調の光を出射し得る。
　本実施形態の車両用灯具１では、メタレンズ３０における複数の共鳴波長は、複数のピーク９１，９２，９３，９４のそれぞれの波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗのうち最短の波長９１ｗを超えかつ最長の波長９４ｗ未満である共鳴波長３０ｗ２を含む。また、互いに隣り合うピーク９２，９３間において強度が最小である光源部２０からの光の波長と、この共鳴波長３０ｗ２とが同じである。このような構成にすることで、ピーク９２，９３間において強度が最小である光を除く光の波長とこの共鳴波長３０ｗ２とが同じ場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。
　出射する光の分光分布が複数のピークを有する光源部２０と、複数の共鳴波長がこれら複数のピークのそれぞれの波長と異なるメタレンズ３０とを備える車両用灯具１について、第８実施形態を例に説明した。しかし、このような車両用灯具１はこれに限定されるものではない。第８実施形態の変形例について以下に説明する。
　例えば、第８実施形態では、分光分布９０が４つのピーク９１，９２，９３，９４を有する光Ｌを出射する光源部２０を例に説明した。しかし、光源部２０は、分光分布が複数のピークを有する光を出射する構成であればよい。例えば、光源部２０は発光素子２１から出射する光の一部を遮光する遮光板を有していてもよく、発光素子２１から出射する光の少なくとも一部を反射する反射板を有していてもよい。また、光源部２０から出射する光Ｌの分光分布９０が有するピークの数は特に制限されない。例えば、光源部２０は、図２１に示す分光分布の光を出射する構成であってもよい。なお、図２１は、第６変形例に係る光源部から出射する光の分光分布、及びメタレンズの光の透過率分布を図２０と同様に示す図である。以下、光源部から出射する光の分光分布が図２１に示す分光分布となる第６変形例について説明する。なお、第８実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
　本変形例における分光分布９０は、２つのピーク９１，９２を有する。ピーク９１における波長９１ｗは、ピーク９２における波長９２ｗより短い。本変形例では、波長９１ｗは概ね４６０ｎｍであり、波長９２ｗは概ね５７０ｎｍである。また、ピーク９１における強度は、ピーク９２における強度より高く、分光分布９０の全体において最大である。また、本変形例におけるナノ構造体３５の直径は、ピーク９２における波長９２ｗより小さい。また、本変形例のメタレンズ３０における複数の共鳴波長の全ては、２つのピーク９１，９２のそれぞれの波長９１ｗ，９２ｗと異なる。このため、本変形例の車両用灯具１は、第１実施形態と同様にして、複数の共鳴波長の少なくとも１つがいずれかのピーク９１，９２における波長９１ｗ，９２ｗと同じ場合と比べて、所望の色調の光を出射し得る。
　また、２番目に長い共鳴波長３０ｗ２は、これら波長９１ｗ，９２ｗのうち最短の波長９１ｗを超えかつ最長の波長９２ｗ未満である。つまり、複数の共鳴波長に、これら波長９１ｗ，９２ｗのうち最短の波長９１ｗを超えかつ最長の波長９２ｗ未満である共鳴波長３０ｗ２が含まれる。このため、本変形例によれば、第１実施形態と同様に、それぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状、セル３３の配列等の設計が複雑になることを抑制し得る。
　また、本変形例では、互いに隣り合うピーク９１，９２間において強度が最小である光源部２０からの光の波長と、共鳴波長３０ｗ２とが同じである。このため、本変形例によれば、第８実施形態と同様に、ピーク９１，９２間において強度が最小である光を除く光の波長とこの共鳴波長３０ｗ２とが同じ場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。
　また、本変形例では、メタレンズ３０における複数の共鳴波長は、光源部２０からの光Ｌの波長帯域に含まれる共鳴波長３０ｗ２を含む。分光分布９０の全体における最大の強度は、ピーク９１における強度であり、この強度に対する光源部２０からの光Ｌにおける共鳴波長３０ｗ２の光の強度の比は、０．１以下である。このため、本変形例によれば、この比が０．１を超える場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。また、このような構成にすることで、この比が０．１を超える場合と比べて所望の色調の光を出射し易くし得る。なお、この比は、ゼロであることがより好ましい。しかし、この比は、０．１を超えていてもよい。また、出射する光量の低下を抑制する観点では、光源部２０からの光Ｌ全体の光量に対する光源部２０からの光Ｌにおける共鳴波長３０ｗ２と同じ波長の光量の割合は４％未満であることが好ましい。
　また、第８実施形態、及び第６変形例では、２番目に長い共鳴波長３０ｗ２が光源部２０からの光Ｌの波長帯域に含まれるメタレンズ３０を例に説明した。しかし、最長の共鳴波長３０ｗ１が光源部２０からの光Ｌの波長帯域に含まれていてもよく、全ての共鳴波長が光源部２０からの光Ｌの波長帯域に含まれていなくてもよい。
　また、第８実施形態、及び第６変形例では、複数の共鳴波長の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なるメタレンズ３０を例に説明した。しかし、複数の共鳴波長が複数のピークのそれぞれの波長と異なっていればよく、例えば、特定の共鳴波長があるピークの波長と同じであってもよい。なお、所望の色調の光を出射する観点では、複数の共鳴波長の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることが好ましい。
　また、所望の色調の光を出射する観点では、メタレンズ３０の光の透過率分布は、メタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの最大の透過率を基準とする相対的な透過率が８０％以下であり１つの共鳴波長を含む連続した共鳴波長帯域を複数含み、これら共鳴波長帯域の少なくとも１つが複数のピークのそれぞれの波長と異なることが好ましい。この場合、これら共鳴波長帯域の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。なお、メタレンズ３０の光の透過率分布がメタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの最大の透過率を基準とする相対的な透過率が６０％以下であり１つの共鳴波長を含む連続した共鳴波長帯域を複数含む場合には、この共鳴波長帯域の少なくとも１つが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。この場合、これら共鳴波長帯域の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。また、メタレンズ３０の光の透過率分布がメタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの最大の透過率を基準とする相対的な透過率が４０％以下であり１つの共鳴波長を含む連続した共鳴波長帯域を複数含む場合には、これら共鳴波長帯域の少なくとも１つが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。この場合、これら共鳴波長帯域の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。
　以上、本発明について、上記実施形態及び変形例を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　例えば、上記実施形態では、車両用灯具１は、前照灯とされたが、特に制限されるものではない。例えば、車両用灯具１は、画像を構成する光を路面等の被照射体に照射するものとされてもよい。また、車両用灯具が画像を構成する光を路面等の被照射体に照射するものとされる場合、車両用灯具が出射する光の方向や車両用灯具が車両に取り付けられる位置は特に限定されない。また、車両用灯具が出射する光の色は白色に制限されるものではない。
　また、上記実施形態では、光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくするメタレンズ３０を例に説明した。しかし、メタレンズ３０は、光源部２０からの光Ｌの発散角を大きくするように構成されてもよい。
　また、上記実施形態では、メタ領域としての主面３１ｓや主面３２ｓが平面状であるメタレンズ３０を例に説明した。しかし、メタ領域としての主面３１ｓや主面３２ｓは曲面状であってもよい。しかし、メタレンズ３０を薄くする観点では、メタ領域としての主面３１ｓや主面３２ｓは平面状であることが好ましい。
　また、上記の第１～第４実施形態では、３つ以上のピーク６１を有する特定の位相分布６０を例に説明した。しかし、ピーク６１の数は特に制限されるものではなく、例えば、特定の位相分布６０はピーク６１を有さなくてもよい。
　本発明によれば、小型化し得る車両用灯具が提供され、自動車等の車両用灯具などの分野において利用可能である。

 

Claims (27)

  1. 　光源部と、
    　前記光源部から出射する光の最長波長より小さいナノ構造体を含む複数のセルが配列され前記光源部から出射する前記光が透過するメタ領域を有するメタレンズと、
    を備え、
    　前記メタ領域は、当該メタ領域を透過する前記光の位相分布を変化させる
    ことを特徴とする車両用灯具。
  2. 　前記メタレンズにおける前記光源部からの前記光が入射する入射面は、外側に向かって凸状に湾曲して前記光の発散角が小さくなるように当該光を屈折し、
    　前記入射面に入射した前記光は、前記メタ領域を透過する
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  3. 　前記メタレンズにおける前記光源部からの前記光が入射する入射面は、複数の溝が設けられ前記光の発散角が小さくなるように当該光を回折し、
    　前記入射面に入射した前記光は、前記メタ領域を透過する
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  4. 　光透過性を有し前記メタ領域を覆う保護部材を更に備える
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用灯具。
  5. 　前記保護部材は、前記メタレンズの屈折率より低い屈折率を有し、それぞれの前記ナノ構造体の間を埋めている
    ことを特徴とする請求項４に記載の車両用灯具。
  6. 　前記メタ領域は、当該メタ領域における特定の位置において当該メタ領域と直交する基準軸と平行な参照光が当該メタ領域に入射する場合に、前記メタレンズから出射する前記参照光の位相分布が所定の位相分布を２πで割った余りからなる特定の位相分布となるように、前記参照光の位相分布を変化させ、
    　前記所定の位相分布は、前記基準軸から離れるに従い位相の遅れ量（ｒａｄ）が減少するとともに当該位相の遅れ量の減少率が増加する位相分布であり、
    　前記特定の位相分布は、複数のピークを有し、
    　前記基準軸に沿って見る場合に、前記特定の位置から離れる方向において互いに隣り合う前記ピーク間に２つ以上の前記セルが位置するように、前記複数のセルが配列される
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用灯具。
  7. 　前記特定の位相分布は、３つ以上の前記ピークを有し、
    　前記ピーク間に位置する前記セルの数は、前記特定の位置から離れるに従い少なくなる
    ことを特徴とする請求項６に記載の車両用灯具。
  8. 　前記ナノ構造体の形状は、円柱形状であり、
    　前記ピーク間に位置する前記セルの数は、３つ以上である
    ことを特徴とする請求項６または７に記載の車両用灯具。
  9. 　前記メタ領域の最小の幅は、１０ｍｍ以上である
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の車両用灯具。
  10. 　前記メタ領域は、コマ収差が発生するように前記メタ領域を透過する前記光の位相分布を変化させ、前記コマ収差が発生しない場合に比べて前記メタ領域を透過する前記光の発散角を前記光によって形成される配光パターンの左右方向に広げる
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  11. 　前記メタ領域は、前記コマ収差によって左方向へ広がる前記発散角の広がり量と、前記コマ収差によって右方向へ広がる前記発散角の広がり量とを同じにする
    ことを特徴とする請求項１０に記載の車両用灯具。
  12. 　前記メタ領域は、前記コマ収差によって左方向へ広がる前記発散角の広がり量と前記コマ収差によって右方向へ広がる前記発散角の広がり量との一方を他方よりも大きくする
    ことを特徴とする請求項１０に記載の車両用灯具。
  13. 　前記メタ領域は、前記コマ収差が発生しない場合に比べて前記メタ領域を透過する前記光の発散角を前記光によって形成される配光パターンの上下方向に広げる
    ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の車両用灯具。
  14. 　前記メタ領域は、前記コマ収差によって左右方向へ広がる前記発散角の広がり量を前記コマ収差によって上下方向へ広がる前記発散角の広がり量よりも大きくする
    ことを特徴とする請求項１３に記載の車両用灯具。
  15. 　前記メタ領域は、前記メタ領域を透過する前記光に含まれる可視光を屈曲する前記メタ領域の屈曲力よりも前記メタ領域を透過する前記光に含まれる赤外光を屈曲する前記メタ領域の屈曲力を小さくする
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  16. 　前記メタ領域は、波長の比が１：１．５である前記可視光及び前記赤外光において、前記赤外光の位相変調量が前記可視光の位相変調量の０．６倍未満となるように、構成される
    ことを特徴とする請求項１５に記載の車両用灯具。
  17. 　前記可視光の最長波長は、６６０ｎｍであり、
    　前記赤外光の最短波長は、１０００ｎｍである
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の車両用灯具。
  18. 　前記ナノ構造体の形状は、円柱形状である
    ことを特徴とする請求項１５から１７のいずれかに記載の車両用灯具。
  19. 　前記メタレンズにおける少なくとも１つの共鳴波長は、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満である
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  20. 　前記少なくとも１つの共鳴波長は、８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に含まれる
    ことを特徴とする請求項１９に記載の車両用灯具。
  21. 　前記光源部から出射する前記光の分光分布は、複数のピークを有し、
    　複数の前記共鳴波長は、複数の前記ピークのそれぞれの波長と異なる
    ことを特徴とする請求項１９または２０に記載の車両用灯具。
  22. 　複数の前記共鳴波長の全ては、前記光源部から出射する前記光の波長帯域に含まれない
    ことを特徴とする請求項２１に記載の車両用灯具。
  23. 　前記メタレンズは、当該メタレンズを透過する前記光源部からの前記光の発散角を小さくする
    ことを特徴とする請求項１９から２２のいずれか１項に記載の車両用灯具。
  24. 　前記光源部から出射する前記光の分光分布は、複数のピークを有し、
    　前記メタレンズにおける複数の共鳴波長は、複数の前記ピークのそれぞれの波長と異なる
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  25. 　前記複数の共鳴波長の少なくとも１つは、複数の前記ピークのそれぞれの波長のうち最短の波長を超えかつ最長の波長未満である
    ことを特徴とする請求項２４に記載の車両用灯具。
  26. 　互いに隣り合う前記ピーク間において強度が最小である前記光の波長と、前記複数の共鳴波長の前記少なくとも１つとが同じである
    ことを特徴とする請求項２５に記載の車両用灯具。
  27. 　前記複数の共鳴波長は、前記光源部からの前記光の波長帯域に含まれる特定の共鳴波長を含み、
    　前記光の分光分布の全体における最大の強度に対する前記光における前記特定の共鳴波長の光の強度の比は、０．１以下である
    ことを特徴とする請求項２４から２６のいずれか１項に記載の車両用灯具。
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