JP5168551B2

JP5168551B2 - 灯具用投影レンズ、車両用光学ユニット、及び、車両用灯具

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Publication number: JP5168551B2
Application number: JP2008080915A
Authority: JP
Inventors: 雅典大野
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: JP2009238469A

Description

本発明は、灯具用投影レンズ、車両用光学ユニット、車両用灯具に係り、特に出射面から出射される光を水平方向においても制御することが可能な所定形状の（入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備えた）灯具用投影レンズ、並びに、該灯具用投影レンズを用いた車両用光学ユニット及び車両用灯具に関する。

従来、入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備えた灯具用投影レンズが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図９は、特許文献１に記載の灯具用投影レンズを説明するための斜視図である。

図９に示すように、特許文献１に記載の灯具用投影レンズは、背面である入射面１１´、正面である出射面１２´、両側面である第１側面１３Ｒ´及び第２側面１３Ｌ´を備えており、該第１側面１３Ｒ´及び第２側面１３Ｌ´は鉛直平面として形成されており、第１側面１３Ｒ´と第２側面１３Ｌ´との間隔は１０〜１５ｍｍ程度となっている。

この特許文献１に記載の灯具用投影レンズにおいては、所定光源２０´からレンズ内部に入射し、出射面１２´に直接向かう直接光と第１側面１３Ｒ´及び第２側面１３Ｌ´で１回又は複数回以上反射され出射面１２´に向かう反射光は、出射面１２´から出射し、例えば、図１０に示すような、所定配光パターンＰ´を形成することとなる。
特表２００６−５２２４３９号公報

しかしながら、第１側面１３Ｒ´及び第２側面１３Ｌ´は、いずれも鉛直平面であるため、出射面１２´から出射される光を、鉛直方向においては集光できるが、水平方向においては制御することができない。このため、水平方向の配光は、所定光源２０´の指向性によりほぼ決定され、所望の配光パターンを形成することが困難であるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、出射面から出射される光を水平方向においても制御することが可能な所定形状の（入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備えた）灯具用投影レンズ、並びに、該灯具用投影レンズを用いた車両用光学ユニット及び車両用灯具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも、入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備え、前記入射面からレンズ内部に入射した所定光源からの入射光のうち、前記出射面に向かう直接光と前記第１側面及び第２側面で反射され前記出射面に向かう反射光を前記出射面から出射し、水平線よりも下に所定配光パターンを形成する灯具用投影レンズにおいて、前記入射面は、所定光源からの光をレンズ内部に入射させる面であり、前記出射面は、非球面投影レンズの出射面の一部である凸レンズ面であって、該凸レンズ面の反対側かつ該凸レンズの光軸を含む水平面内に曲線状の焦点ラインが設定された出射面であり、前記第１側面及び第２側面それぞれは、複数の微小反射面を基礎とする自由曲面によって構成された全反射面であり、前記複数の微小反射面それぞれは、前記所定配光パターン中の所定箇所から出射された、前記凸レンズの光軸を含む水平面に対して平行な光線を、前記出射面からレンズ内部に入射させた場合、該入射光線を前記所定光源近傍に向けて反射するように形成された反射面であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、第１側面及び第２側面は、従来のように平面ではなく、複数の微小反射面（微小反射点ともいい得る）を基礎とする自由曲面（馬鞍型の曲面）によって構成された全反射面である。そして、この複数の微小反射面それぞれは、所定配光パターン中の所定箇所から出射された光線（例えば、レンズの光軸を含む水平面に対して平行な仮想光線）を出射面からレンズ内部に入射させた場合、該入射光線を所定光源近傍に向けて反射するように形成されている。

このため、請求項１に記載の発明によれば、第１反射面及び第２反射面が反射し、出射面から出射される光（所定光源からの入射光）を、水平方向においても制御することが可能となる。

すなわち、請求項１に記載の発明によれば、出射面から出射される光を水平方向においても制御し、所望の配光パターンを形成することが可能な所定形状の（入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備えた）灯具用投影レンズを提供することが可能となる。

この複数の微小反射面を基礎とする自由曲面としての第１側面及び第２側面は、従来のように平面ではなく、馬鞍型の自由曲面となる。

また、請求項１に記載の発明においては、レンズ内部に入射し、第１側面及び第２側面（複数の微小反射面）それぞれが反射した所定光源からの入射光は、あたかも、曲線状の焦点ライン上の点から出射されたのと同じ状態となる。

このため、請求項１に記載の発明によれば、所定光源と入射面との間にシャッターを配置したとしても、該シャッターの鏡像は、従来のようにぼけた像とはならず、水平線よりも下に投影されるシャープな像となり、水平線よりも下に所定配光パターンを形成すること（像面湾曲の補正）が可能となる。

また、請求項１に記載の発明によれば、幅寸法（第１側面と第２側面の距離）、奥行き寸法（入射面と出射面の間の距離と角度）を、第１側面及び第２側面が所定光源からの入射光を出射面に向けて１回のみ反射する寸法に設定することで、水平方向に配光ムラが生じるのを防止又は低減することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記出射面は、非球面投影レンズの出射面の一部である左右対称又は左右非対称の凸レンズ面であることを特徴とする。

これは、出射面の例示である。

請求項２に記載の発明によれば、出射面として、非球面投影レンズの出射面の一部である左右対称又は左右非対称の凸レンズ面を用いれば、新規見栄えの灯具用レンズを提供することが可能となる。また、例えば、出射面として、非球面投影レンズの出射面の一部である左右非対称の凸レンズ面を用いれば、左右対称の凸レンズ面を用いた灯具用レンズと比べて、該灯具用レンズをほとんど傾けることなく、所望の光度分布の配光パターンを形成することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１側面及び第２側面それぞれは、レンズ光軸に直交する面で切断した際に現れる断面形状がレンズ内側に向けて窪んだ凹状曲線となり、かつ、レンズ光軸を含む面及びこの面に平行な面で切断した際に現れる断面形状がレンズ外側に向けて膨らんだ凸状曲線となるように形成された馬鞍型の全反射面であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、第１側面及び第２側面それぞれは、従来のように平面ではなく、馬鞍型の全反射面である。

このため、請求項３に記載の発明によれば、第１反射面及び第２反射面が反射し、出射面から出射される光（所定光源からの入射光）を、水平方向においても制御することが可能となる。

すなわち、請求項３に記載の発明によれば、出射面から出射される光を水平方向においても制御し、所望の配光パターンを形成することが可能な所定形状の（入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備えた）灯具用投影レンズを提供することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、少なくとも、入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備えた投影レンズと、その光軸方向を光学ユニット光軸方向に略一致させた状態で配置され、前記投影レンズに入射させる光を発光するＬＥＤ光源と、前記投影レンズとＬＥＤ光源の間に配置されたシャッターと、を備え、前記入射面からレンズ内部に入射した前記ＬＥＤ光源からの入射光のうち、前記出射面に向かう直接光と前記第１側面及び第２側面で反射され前記出射面に向かう反射光を前記出射面から出射し、水平線よりも下に所定配光パターンを形成する車両用光学ユニットにおいて、前記入射面は、所定光源からの光をレンズ内部に入射させる面であり、前記出射面は、非球面投影レンズの出射面の一部である凸レンズ面であって、該凸レンズ面の反対側かつ該凸レンズの光軸を含む水平面内に曲線状の焦点ラインが設定された出射面であり、前記第１側面及び第２側面それぞれは、複数の微小反射面を基礎とする自由曲面によって構成された全反射面であり、前記複数の微小反射面それぞれは、前記所定配光パターン中の所定箇所から出射された、前記凸レンズの光軸を含む水平面に対して平行な光線を、前記出射面からレンズ内部に入射させた場合、該入射光線を前記ＬＥＤ光源近傍に向けて反射するように形成された反射面であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、第１側面及び第２側面は、従来のように平面ではなく、複数の微小反射面（微小反射点ともいい得る）を基礎とする自由曲面（馬鞍型の曲面）によって構成された全反射面である。そして、この複数の微小反射面それぞれは、所定配光パターン中の所定箇所から出射された光線（例えば、レンズの光軸を含む水平面に対して平行な仮想光線）を出射面からレンズ内部に入射させた場合、該入射光線をＬＥＤ光源近傍に向けて反射するように形成されている。

このため、請求項４に記載の発明によれば、第１反射面及び第２反射面が反射し、出射面から出射される光（所定光源からの入射光）を、水平方向においても制御することが可能となる。

すなわち、請求項４に記載の発明によれば、出射面から出射される光を水平方向においても制御し、所望の配光パターンを形成することが可能な所定形状の（入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備えた）灯具用投影レンズを用いた車両用光学ユニットを提供することが可能となる。

また、請求項４に記載の発明においては、レンズ内部に入射し、第１側面及び第２側面（複数の微小反射面）それぞれが反射したＬＥＤ光源からの入射光は、あたかも、曲線状の焦点ライン上の点から出射されたのと同じ状態となる。

このため、請求項４に記載の発明によれば、ＬＥＤ光源と入射面との間にシャッターを配置したとしても、該シャッターの鏡像は、従来のようにぼけた像とはならず、水平線よりも下に投影されるシャープな像となり、水平線よりも下に所定配光パターンを形成すること（像面湾曲の補正）が可能となる。

また、請求項４に記載の発明によれば、幅寸法（第１側面と第２側面の距離）、奥行き寸法（入射面と出射面の間の距離と角度）を、第１側面及び第２側面がＬＥＤ光源からの入射光を出射面に向けて１回のみ反射する寸法に設定することで、水平方向に配光ムラが生じるのを防止又は低減することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記シャッターは、前記所定配光パターンのカットオフラインを形成するため、水平方向に延びた直線状の稜線を備えており、前記シャッターと前記入射面との間隔は、１ｍｍ以内に設定されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、シャッターと入射面との間隔は、１ｍｍ以内に設定されているので、ＬＥＤ光源が発光する光の利用効率を向上させることが可能となる。また、入射面に対する、ＬＥＤ光源の発光に伴う発熱の影響を低減することが可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の発明において、前記シャッターは、前記入射面に形成された塗装面又は蒸着面により形成されるシャッターであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、シャッターは入射面に塗装又は蒸着されることで形成されているので、別部品のシャッターが不要となる。また、シャッターの厚み分、車両用光学ユニットの奥行き寸法を小さくすることが可能となる。

請求項７に記載の発明は、請求項４から６のいずれかに記載の車両用光学ユニットにより構成される車両用灯具であることを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、第１側面及び第２側面は、従来のように平面ではなく、複数の微小反射面（微小反射点ともいい得る）を基礎とする自由曲面（馬鞍型の曲面）によって構成された全反射面である。そして、この複数の微小反射面それぞれは、所定配光パターン中の所定箇所から出射された光線（例えば、レンズの光軸を含む水平面に対して平行な仮想光線）を出射面からレンズ内部に入射させた場合、該入射光線をＬＥＤ光源近傍に向けて反射するように形成されている。

このため、請求項７に記載の発明によれば、第１反射面及び第２反射面が反射し、出射面から出射される光（所定光源からの入射光）を、水平方向においても制御することが可能となる。

すなわち、請求項７に記載の発明によれば、出射面から出射される光を水平方向においても制御し、所望の配光パターンを形成することが可能な所定形状の（入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備えた）灯具用投影レンズを用いた車両用灯具を提供することが可能となる。

また、請求項７に記載の発明においては、レンズ内部に入射し、第１側面及び第２側面（複数の微小反射面）それぞれが反射したＬＥＤ光源からの入射光は、あたかも、曲線状の焦点ライン上の点から出射されたのと同じ状態となる。

このため、請求項７に記載の発明によれば、ＬＥＤ光源と入射面との間にシャッターを配置したとしても、該シャッターの鏡像は、従来のようにぼけた像とはならず、水平線よりも下に投影されるシャープな像となり、水平線よりも下に所定配光パターンを形成すること（像面湾曲の補正）が可能となる。

また、請求項７に記載の発明によれば、幅寸法（第１側面と第２側面の距離）、奥行き寸法（入射面と出射面の間の距離と角度）を、第１側面及び第２側面がＬＥＤ光源からの入射光を出射面に向けて１回のみ反射する寸法に設定することで、水平方向に配光ムラが生じるのを防止又は低減することが可能となる。

本発明によれば、第１反射面及び第２反射面が反射し、出射面から出射される光（所定光源からの入射光）を、水平方向においても制御することができる所定形状の（入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備えた）灯具用投影レンズ、並びに、該灯具用投影レンズを用いた車両用光学ユニット及び車両用灯具を提供することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態である灯具用レンズを用いた車両用光学ユニットについて図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の灯具用レンズを用いた車両用光学ユニット（又は車両用灯具）の主要構成を説明するための斜視図である。図２は、図１に示した車両用光学ユニットの上面図である。

本実施形態の灯具用レンズとしての投影レンズ１０を用いた車両用光学ユニット１００は、自動車等の車両のヘッドランプ等の車両用灯具に適用されるものであり、図１、図２に示すように、投影レンズ１０、ＬＥＤ光源２０、投影レンズ１０とＬＥＤ光源２０の間に配置されたシャッター３０、ヒートシンク４０等を備えている。

投影レンズ１０は、図１、図２に示すように、正面としての入射面１１、背面としての出射面１２、両側面としての互いに向き合った第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌ等を備えた投影レンズ（コリメートレンズ）であって、その光軸を灯具光軸ＡＸに略一致させた状態で配置されている。投影レンズ１０は、例えば、アクリルやポリカーボネイト等の透明又は半透明材料を射出成形することにより形成されている。

入射面１１は、ＬＥＤ光源２０が発光した光を投影レンズ１０内部に入射させる入口としての入射面（例えば、平面又は曲面）である。

図３に示すように、出射面１２は、非球面投影レンズＬから概念的に切り出した左右対称の凸レンズ面（該非球面投影レンズＬの出射面としての凸レンズ面の一部に相当する凸レンズ面）であって、図２に示すように、該凸レンズ面の反対側である入射面１１付近かつ該凸レンズの光軸を含む水平面上に曲線状の焦点ラインＬ１が設定されている。また、出射面１２は、図７に示すように、鉛直断面に曲線状の焦点ラインＬ２が設定されている。

第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌは、図２に示すように、ＬＥＤ光源２０からの入射光を出射面１２に向けて１回のみ反射する反射面であって、複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・（微小反射点ともいい得る）を基礎とする自由曲面によって構成された全反射面である。第１側面１３Ｒと第２側面１３Ｌとの間隔は、適宜の間隔（例えば、１０〜１５ｍｍ）とすることが可能である。

図２に示すように、投影レンズ１０の幅寸法ｂ、奥行き寸法ｄ、角度は、第１側面１３Ｒ及び第２側面１３ＬがＬＥＤ光源２０からの入射光を出射面１２に向けて１回のみ反射する寸法に設定されている。図２は、幅寸法ｂを１５ｍｍ、奥行き寸法ｄと４８ｍｍに設定した投影レンズ１０の例である。

このため、投影レンズ１０においては、出射面１２から出射するＬＥＤ光源２０からの入射光（シャッター３０の鏡像又はＬＥＤ光源２０の光源像）は、２回以上反射することがなくなる（シャッター３０の鏡像又はＬＥＤ光源２０の光源像の繰り返し反射数が変化することがなくなる）。これにより、水平方向に配光ムラが生じるのを防止又は低減することが可能となる。

複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・それぞれは、図２に示すように、所定配光パターン中の所定箇所（例えば、図５に示す所定配光パターンＰ中の左右両側の所定箇所ＰＲ、ＰＬ）から出射された光線（投影レンズ１０の光軸を含む水平面に対して平行な仮想光線）を、出射面１２から投影レンズ１０内部に入射させた場合、該入射光線をＬＥＤ光源２０近傍に向けて反射するように形成されている。

これらの複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・を基礎とする自由曲面としての第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌは、従来のように平面ではなく、馬鞍型の曲面となる。

すなわち、これらの複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・を基礎とする自由曲面としての第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌは、図３に示すように、投影レンズ１０の光軸に直交する鉛直面で切断した際に現れる断面形状が投影レンズ１０内側に向けて窪んだ凹状曲線となり、かつ、図２に示すように、投影レンズ１０の光軸を含む水平面及びこの水平面に平行な水平面で切断した際に現れる断面形状が投影レンズ１０外側に向けて膨らんだ凸状曲線となり、全体としてみれば、馬鞍型の曲面となる。

以上のように、第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌは、従来のように平面ではなく、複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・を基礎とする自由曲面である馬鞍型の曲面である。この第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌにより、出射面１２から出射される光（所定光源からの入射光）を、水平方向においても制御することが可能となる。

また、投影レンズ１０内部に入射し、第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌ（複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・、Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・）それぞれが反射したＬＥＤ光源２０からの入射光は、あたかも、焦点ラインＬ１上の点から出射されたのと同じ状態となる。

このため、ＬＥＤ光源２０と入射面１１との間にシャッター３０を配置したとしても、該シャッター３０の鏡像は、従来のようにぼけた像とはならず、水平線Ｈよりも下に投影されるシャープな像となり、例えば、図５に示すように、水平線Ｈよりも下に所定配光パターンＰを形成すること（像面湾曲の補正）が可能となる。

ＬＥＤ光源２０は、例えば、単色又はＲＧＢ三色の一つ（又は複数）のＬＥＤチップをパッケージ化したＬＥＤパッケージである。ＬＥＤ光源２０は、図２に示すように、その光軸を灯具光軸ＡＸに略一致させ、かつ、その発光面を投影レンズ１０の入射面１１に対向させた状態で配置されている。

シャッター３０は、ＬＥＤ光源２０から投影レンズ１０内部に入射する光の一部を遮光し所定配光パターンのカットオフラインを形成するためのものであり、例えば、水平方向に延びた直線状の稜線（図示せず）を備えている。シャッター３０と入射面１１との間隔は、ＬＥＤ光源２０からの光の利用効率との関係で、１ｍｍ以内に設定するのが好ましい。あるいは、シャッター３０は、塗装又は蒸着により、入射面１１に塗装面又は蒸着面として形成してもよい。このようにすれば、別部品のシャッター３０が不要となる。また、シャッター３０の厚み分、車両用光学ユニット１００の奥行き寸法を小さくすることが可能となる。

ヒートシンク４０は、ＬＥＤ光源２０の発光に伴う発熱を放熱するためのものであって、例えば、ＬＥＤ光源２０が実装された回路基板Ｋの背面に配置されている。

次に、投影レンズ１０の設計手順について説明する。

まず、裏面としての入射面１１が所定面であり、正面としての出射面１２が凸レンズ面（入射面１１付近かつ該投影レンズ１０の光軸を含む水平面に曲線状の焦点ラインＬ１が設定されている凸レンズ面）である非球面のコリメートレンズを想定する。

次に、図６に示すように、第１焦点Ｆ１を決定し、出射面１２の縦断面を決定する。

次に、図４に示すように、第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌで反射せず、出射面１２に直接向かう光（ＬＥＤ光源２０からの入射光）の範囲を決定する。すなわち、出射面１２の幅を決定する。例えば、図２に示すように、投影レンズ１０の幅寸法ｂ、奥行き寸法ｄを、第１側面１３Ｒ及び第２側面１３ＬがＬＥＤ光源２０からの入射光を出射面１２に向けて１回のみ反射する寸法に設定する。以下、第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌで反射されずに出射面１２に直接向かい、該出射面１２から出射される光（ＬＥＤ光源２０からの入射光）を一次光（直接光）という。

次に、一次光で照射される範囲につながる光（ＬＥＤ光源２０からの入射光）を第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌで制御する。例えば、図４に示すように、一次光の右側につながる光（ＬＥＤ光源２０からの入射光）は第２側面１３Ｌ（複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・）で制御し、一次光の左側につながる光（ＬＥＤ光源２０からの入射光）は第１側面１３Ｒ（複数の微小反射面Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・）で制御する。

その際、出射面１２付近に第２の焦点Ｆ２ができる。この焦点Ｆ２の位置を動かし所定位置に位置させることによって、全体の左右の光（ＬＥＤ光源２０からの入射光）の拡がる範囲や一次光との重なり具合の調整を行い、所望の配光パターンが形成されるようにする。

投影レンズ１０の出射面１２は、図２に示すように、該レンズ１０の光軸を含む水平面上に曲線状の焦点ラインＬ１が設定されており、図７に示すように、鉛直断面上に曲線状の焦点ラインＬ２が設定されている。

しかし、第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌで反射される光（ＬＥＤ光源２０からの入射光）は鏡像である。このため、例えば、両側面である第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌの鉛直断面が直線である場合（第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌが、従来のように平面である場合）、図２に示すように、ＬＥＤ光源２０近くに配置されたシャッター３０の鏡像Ｉは、焦点ラインＬ１と一致しないこととなる。このため、シャッター３０の鏡像Ｉは、ぼけた像として投影されることとなる。

例えば、従来のように平面である第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌを用いて、水平カットオフラインを形成する場合、出射面１２から出射する光（ＬＥＤ光源２０からの入射光）は、水平線Ｈの上側と下側に向かう。このため、図１０に示すように、水平線Ｈよりも上側にはみ出た配光パターンとなる。

この場合、横から見て、下側で反射した光（ＬＥＤ光源２０からの入射光）は水平線Ｈより上側に向かい、上側で反射した光（ＬＥＤ光源２０からの入射光）は水平線Ｈより下側に向かうことが分かっている。

これらの光（第１反射面及び第２反射面が反射し、出射面１２から出射される光が水平線Ｈ付近に集まるようにするため、例えば、鉛直断面上の各位置の法線を、該鉛直断面上の位置に応じて傾ける。例えば、非球面投影レンズＬの収差を考慮して得られる曲線形状（略楕円形状）からなる仮想シャッターを想定し、複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・、Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・それぞれで反射した光線の延長線と仮想シャッターの稜線とが交点を持つように各法線方向を制御する。

これにより、所定配光パターン中の所定箇所（例えば、図５に示す所定配光パターンＰ中の左右両側の所定箇所ＰＲ、ＰＬ）から出射された光線（投影レンズ１０の光軸を含む水平面に対して平行な仮想光線）を、出射面１２から投影レンズ１０内部に入射させた場合、該入射光線をＬＥＤ光源２０近傍に向けて反射する複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・（縦断面上の各位置それぞれに対応する複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・、Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・）を形成する。

これらの微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・全てを接続すると、従来のように平面ではなく、複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・を基礎とする自由曲面である馬鞍型の曲面となる。

以上説明したように、本実施形態の投影レンズ１０及び投影レンズ１０を用いた車両用光学ユニット１００によれば、第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌは、図２に示すように、従来のように平面ではなく、複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・（微小反射点ともいい得る）を基礎とする自由曲面（馬鞍型の曲面）によって構成された全反射面である。

そして、この複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・それぞれは、図２に示すように、所定配光パターン中の所定箇所（例えば、図５に示す所定配光パターンＰ中の左右両側の所定箇所ＰＲ、ＰＬ）から出射された光線（投影レンズ１０の光軸を含む水平面に対して平行な仮想光線）を出射面１２から投影レンズ１０内部に入射させた場合、該入射光線をＬＥＤ光源２０近傍に向けて反射するように形成されている。

すなわち、これらの複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・を基礎とする自由曲面としての第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌは、図３に示すように、投影レンズ１０光軸に直交する鉛直面で切断した際に現れる断面形状が投影レンズ１０内側に向けて窪んだ凹状曲線となり、かつ、図２に示すように、投影レンズ１０光軸を含む水平面及びこの水平面に平行な水平面で切断した際に現れる断面形状が投影レンズ１０外側に向けて膨らんだ凸状曲線となり、全体としてみれば、馬鞍型の曲面となる。

以上のように、本実施形態の投影レンズ１０及び投影レンズ１０を用いた車両用光学ユニット１００によれば、第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌは、従来のように平面ではなく、複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・を基礎とする自由曲面（馬鞍型の曲面）となるので、第１反射面１３Ｒ及び第２反射面１３Ｌが反射し、出射面１２から出射される光（ＬＥＤ光源２０からの入射光）を、水平方向においても制御することが可能となる。

すなわち、本実施形態の投影レンズ１０及び投影レンズ１０を用いた車両用光学ユニット１００によれば、出射面１２から出射される光を水平方向においても制御し、所望の配光パターンを形成することが可能な所定形状の（入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備えた）灯具用投影レンズ１０、並びに、該灯具用投影レンズ１０を用いた車両用光学ユニット１００及び車両用灯具を提供することが可能となる。

また、本実施形態の投影レンズ１０及び投影レンズ１０を用いた車両用光学ユニット１００によれば、図２に示すように、投影レンズ１０の幅寸法ｂ、奥行き寸法ｄは、第１側面１３Ｒ及び第２側面１３ＬがＬＥＤ光源２０からの入射光を出射面１２に向けて１回のみ反射する寸法に設定されている。

このため、出射面１２から出射するＬＥＤ光源２０からの入射光（シャッター３０の鏡像又はＬＥＤ光源２０の光源像）は、２回以上反射することがなくなる（シャッター３０の鏡像又はＬＥＤ光源２０の光源像の繰り返し反射数が変化することがなくなる）。これにより、水平方向に配光ムラが生じるのを防止又は低減することが可能となる。

また、本実施形態の投影レンズ１０及び投影レンズ１０を用いた車両用光学ユニット１００によれば、投影レンズ１０内部に入射し、第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌ（複数の微小反射面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・、Ｍ１´、Ｍ２´、Ｍ３´・・・）それぞれが反射したＬＥＤ光源２０からの入射光は、あたかも、焦点ラインＬ１上の点から出射されたのと同じ状態となる。

このため、本実施形態の投影レンズ１０及び投影レンズ１０を用いた車両用光学ユニット１００によれば、ＬＥＤ光源２０と入射面１１との間にシャッター３０を配置したとしても、該シャッター３０の鏡像は、従来のようにぼけた像とはならず、水平線Ｈよりも下に投影されるシャープな像となり、例えば、図５に示すように、水平線Ｈよりも下に所定配光パターンＰを形成すること（像面湾曲の補正）が可能となる。

次に、変形例について説明する。

上記実施形態では、投影レンズ１０の出射面１２として、図３に示すように、非球面投影レンズＬから概念的に切り出した左右対称の凸レンズ面（該非球面投影レンズＬの出射面の一部に相当する凸レンズ面）を用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、投影レンズ１０の出射面１２として、図８に示すように非球面投影レンズＬから概念的に切り出した左右非対称の凸レンズ面（該非球面投影レンズＬの出射面の一部に相当する凸レンズ面）を用いてもよい。このように、出射面１２として、左右非対称の凸レンズ面を用いれば、左右対称の凸レンズ面を用いた灯具用レンズと比べて、灯具用レンズをほとんど傾けることなく、所望の光度分布の配光パターンを形成することが可能となる。

また、上記実施形態では、出射面１２は、非球面投影レンズＬの凸レンズ面の一部であるように説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、出射面１２は、シリンドリカルレンズの凸レンズ面の一部であってもよい。この場合も、第１側面１３Ｒ及び第２側面１３Ｌは、従来のように平面ではなく、馬鞍型の曲面となるので、出射面１２から出射される光を水平方向においても制御することが可能となる。

上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。

本実施形態の灯具用レンズが適用された車両用光学ユニットの主要構成を説明するための斜視図である。図１に示した灯具用レンズが適用された車両用光学ユニットの上面図である。非球面投影レンズＬを出射面側から見た正面図である。投影レンズ１０内部に入射したＬＥＤ光源２０からの入射光の光路を説明するための横断面図である。投影レンズ１０が適用された車両用光学ユニット１００により形成される所定配光パターンの例である。投影レンズ１０内部に入射したＬＥＤ光源２０からの入射光の光路を説明するための縦断面図である。投影レンズ１０（出射面１２）の焦点ラインＬ２を説明するための図である。投影レンズ１０（出射面１２）の変形例を説明するための非球面凸投影レンズＬの正面図である。従来の所定形状（入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備えた）の投影レンズの斜視図である。従来の所定形状の投影レンズにより形成される所定配光パターンの例である。

符号の説明

１００…車両用光学ユニット、１０…投影レンズ、（非球面投影凸レンズ）、１１…入射面、１２…出射面、１３…入射面、１３Ｌ、１３Ｒ…側面、２０…ＬＥＤ光源、３０…シャッター、４０…ヒートシンク、Ｆ１、Ｆ２…焦点、Ｈ…水平線、Ｋ…回路基板、Ｌ…非球面凸投影レンズ、Ｌ１、Ｌ２…焦点ライン、Ｍ１〜Ｍ３、Ｍ１´〜Ｍ３´…微小反射面

Claims

少なくとも、入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備え、
前記入射面からレンズ内部に入射した所定光源からの入射光のうち、前記出射面に向かう直接光と前記第１側面及び第２側面で反射され前記出射面に向かう反射光を前記出射面から出射し、水平線よりも下に所定配光パターンを形成する灯具用投影レンズにおいて、
前記入射面は、所定光源からの光をレンズ内部に入射させる面であり、
前記出射面は、非球面投影レンズの出射面の一部である凸レンズ面であって、該凸レンズ面の反対側かつ該凸レンズの光軸を含む水平面内に曲線状の焦点ラインが設定された出射面であり、
前記第１側面及び第２側面それぞれは、複数の微小反射面を基礎とする自由曲面によって構成された全反射面であり、
前記複数の微小反射面それぞれは、前記所定配光パターン中の所定箇所から出射された、前記凸レンズの光軸を含む水平面に対して平行な光線を前記出射面からレンズ内部に入射させた場合、該入射光線を前記所定光源近傍に向けて反射するように形成された反射面であることを特徴とする灯具用投影レンズ。
前記出射面は、非球面投影レンズの出射面の一部である左右対称又は左右非対称の凸レンズ面であることを特徴とする請求項１に記載の灯具用投影レンズ。
前記第１側面及び第２側面それぞれは、レンズ光軸に直交する面で切断した際に現れる断面形状がレンズ内側に向けて窪んだ凹状曲線となり、かつ、レンズ光軸を含む面及びこの面に平行な面で切断した際に現れる断面形状がレンズ外側に向けて膨らんだ凸状曲線となるように形成された馬鞍型の全反射面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の灯具用投影レンズ。
少なくとも、入射面、出射面、互いに向き合った第１側面及び第２側面を備えた投影レンズと、
その光軸方向を光学ユニット光軸方向に略一致させた状態で配置され、前記投影レンズに入射させる光を発光するＬＥＤ光源と、
前記投影レンズとＬＥＤ光源の間に配置されたシャッターと、を備え、
前記入射面からレンズ内部に入射した前記ＬＥＤ光源からの入射光のうち、前記出射面に向かう直接光と前記第１側面及び第２側面で反射され前記出射面に向かう反射光を前記出射面から出射し、水平線よりも下に所定配光パターンを形成する車両用光学ユニットにおいて、
前記入射面は、所定光源からの光をレンズ内部に入射させる面であり、
前記出射面は、非球面投影レンズの出射面の一部である凸レンズ面であって、該凸レンズ面の反対側かつ該凸レンズの光軸を含む水平面内に曲線状の焦点ラインが設定された出射面であり、
前記第１側面及び第２側面それぞれは、複数の微小反射面を基礎とする自由曲面によって構成された全反射面であり、
前記複数の微小反射面それぞれは、前記所定配光パターン中の所定箇所から出射された、前記凸レンズの光軸を含む水平面に対して平行な光線を前記出射面からレンズ内部に入射させた場合、該入射光線を前記ＬＥＤ光源近傍に向けて反射するように形成された反射面であることを特徴とする車両用光学ユニット。
前記シャッターは、前記所定配光パターンのカットオフラインを形成するため、水平方向に延びた直線状の稜線を備えており、
前記シャッターと前記入射面との間隔は、１ｍｍ以内に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用光学ユニット。
前記シャッターは、前記入射面に形成された塗装面又は蒸着面により形成されるシャッターであることを特徴とする請求項４又は５に記載の車両用光学ユニット。
請求項４から６のいずれかに記載の車両用光学ユニットにより構成される車両用灯具。