JP6604030B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は車両用灯具に関するものである。

従来、レンズ上部及びレンズ下部からの強く分光する出射光を中心光度帯に寄与させた車両用灯具が知られている（特許文献１参照）。
しかしながら、レンズの材料を樹脂とした場合、レンズ上部及びレンズ下部からの出射光を中心光度帯に寄与させる設計とすると、温度によるレンズの屈折率の変化の影響を受け、中心光度帯が変動してしまうという問題がある。

一方、レンズ上部及びレンズ下部からの出射光を上方に照射するようにして中心光度帯から外すようにした車両用灯具もある（特許文献２参照）。
このようにレンズ上部及びレンズ下部からの出射光を中心光度帯から外すことで中心光度帯が変動する問題を解決することが可能であると考えられる。
しかしながら、レンズ上部及びレンズ下部からの出射光を上方に照射するようにして中心光度帯から外すようにすると、今度は、配光パターンの上方に強い青色分光色が発生するという問題がある。

特開２０１４―１０２９８４号公報 特開２０１４―０７８４６３号公報。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、中心光度帯の変動を抑制するとともに、青色分光色の発生を抑制した車両用灯具を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下の構成によって把握される。
（１）本発明の車両用灯具は、半導体型の光源と前記光源からの光を配光制御する樹脂製のレンズを備え、前記レンズは、少なくとも前記光源の光源光軸を基準として、所定の上方照射角度より大きい角度で上方に照射される前記光源からの光が入射する上部入射面と、所定の下方照射角度より大きい角度で下方に照射される前記光源からの光が入射する下部入射面と、前記上部入射面と前記下部入射面の間の中間入射面と、を備える入射面を有し、前記下部入射面は、前記光源光軸側の第１下部入射面と前記第１下部入射面よりも下方の第２下部入射面とを有し、前記レンズは、前記第２下部入射面に入射する光を下方に照射するとともに、前記上部入射面及び前記第１下部入射面に入射する光を上方へ照射する配光制御を行い、前記第１下部入射面に入射する光の上方への照射角度が前記上部入射面に入射する光の上方への照射角度よりも小さい。
（２）上記（１）の構成において、前記第１下部入射面及び前記上部入射面は、波長が５００ｎｍ以上の光に対して上方への照射角度を制御している。
（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記レンズは、前記レンズのレンズ光軸を基準として前記レンズ光軸よりも上側の部分が、前記レンズ光軸よりも下側の部分よりも上下方向の幅が大きく形成されている。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの構成において、少なくとも前記上部入射面及び前記下部入射面には、光拡散構造が形成されており、前記下部入射面に形成される光拡散構造は、前記上部入射面に形成される光拡散構造よりも光の拡散量が大きくなるように設定されている。
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つの構成において、前記光源は、４チップ以上の発光チップを有し、前記レンズは、後方焦点距離が１８ｍｍ以上であり、前記レンズは、前記レンズの後方焦点が前記発光チップの形成する発光面の発光中心若しくは発光中心近傍に位置するように配置されている。

本発明によれば、中心光度帯の変動を抑制するとともに、青色分光色の発生を抑制した車両用灯具を提供する。

本発明に係る実施形態の車両用灯具を備えた車両の平面図である。 本発明に係る実施形態の灯具ユニットの光源光軸に沿った垂直断面図である。 本発明に係る実施形態の灯具ユニットの光源光軸に沿った水平断面図である。 本発明に係る実施形態のレンズの入射面を見る平面図である。 本発明に係る実施形態のレンズの中間入射面に入射する光の配光制御を説明するための図である。 本発明に係る実施形態のレンズの中間入射面に入射する光が形成するスクリーン上での配光パターンを示す図であり、（ａ）は配光パターンの等光度線を示した図であり、（ｂ）は配光パターンの色の状態を示した図である。 本発明に係る実施形態のレンズの上部入射面に入射する光の配光制御を説明するための図である。 本発明に係る実施形態のレンズの上部入射面に入射する光が形成するスクリーン上での配光パターンを示す図であり、（ａ）は配光パターンの等光度線を示した図であり、（ｂ）は配光パターンの色の状態を示した図である。 本発明に係る実施形態のレンズの下部入射面のうちの第１下部入射面に入射する光の配光制御を説明するための図である。 本発明に係る実施形態のレンズの第１下部入射面に入射する光が形成するスクリーン上での配光パターンを示す図であり、（ａ）は配光パターンの等光度線を示した図であり、（ｂ）は配光パターンの色の状態を示した図である。 本発明に係る実施形態のレンズの下部入射面のうちの第２下部入射面に入射する光の配光制御を説明するための図である。 本発明に係る実施形態のレンズの第２下部入射面に入射する光が形成するスクリーン上での配光パターンを示す図であり、（ａ）は配光パターンの等光度線を示した図であり、（ｂ）は配光パターンの色の状態を示した図である。 本発明に係る実施形態のハイビーム配光パターンを示す図であり、（ａ）はハイビーム配光パターンの等光度線を示した図であり、（ｂ）はハイビーム配光パターンの色の状態を示した図である。 本発明に係る実施形態のレンズの出射面を見る平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する）について詳細に説明する。実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。また、実施形態及び図中において、特に断りがない場合、「前」、「後」は、各々、車両の「前進方向」、「後進方向」を示し、「上」、「下」、「左」、「右」は、各々、車両に乗車する運転者から見た方向を示す。

本発明の実施形態に係る車両用灯具は、図１に示す車両１０２の前方の左右のそれぞれに設けられる車両用前照灯（１０１Ｒ、１０１Ｌ）である。
なお、以下では単に車両用灯具と記載する。

本実施形態の車両用灯具は、車両前方側に開口したハウジング（図示せず）と開口を覆うようにハウジングに取付けられるアウターレンズ（図示せず）を備え、ハウジングとアウターレンズとで形成される灯室内に灯具ユニット１０（図２参照）などが配置されている。

図２は、灯具ユニット１０の光源光軸Ｚに沿った鉛直断面図である。
図２に示すように、灯具ユニット１０は、ヒートシンク２０と、ヒートシンク２０上に配置される半導体型の光源３０と、レンズホルダ（図示せず）を介してヒートシンク２０に取付けられるレンズ４０とを備え、光源３０からの光を直接レンズ４０に入射させるレンズ直射型の灯具ユニットである。

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

本実施形態では、板状のヒートシンク２０の場合を示しているが、ヒートシンク２０の形状は任意であり、例えば、光源３０が配置される面と反対側に位置する裏面２１に後方に伸びる放熱フィンを設けるようにしてもよい。

（光源）
光源３０は、図示しない給電用の電気配線などが形成された基板３１上に発光チップ３２が設けられたＬＥＤを用いている。
より具体的には、基板３１上に４つの発光チップ３２が水平方向に配置され、正面視長方形状の発光面が形成されるようにしたＬＥＤを用いている。

なお、基板３１上に設けられる発光チップ３２は４つに限られず、より多くの発光チップ３２を設けるようにしても良く、４つ以上の発光チップ３２を配置するものとすることでハイビーム配光パターンを形成するための好適な高い光量を得ることができる。

また、本実施形態では、正面視で発光面が長方形状とされているが、発光面自体の形状は、正方形でも良い。
さらに、本実施形態では、光源３０としてＬＥＤを用いているが、光源３０は、例えば、ＬＤ（半導体レーザ）のような半導体型の光源でもよい。

（レンズ）
レンズ４０は、例えば、ＰＭＭＡなどのアクリル系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）などの透明な樹脂材料で形成される。

一般に材料の屈折率はナトリウムＤ線（波長５８９ｎｍ）で測定したもので表現されるが、同じ材料であっても測定波長が異なると屈折率は異なる。
そして、この屈折率の波長依存性（波長による屈折率の変化）が大きいと分光が起きやすくなるが、ＰＭＭＡなどのアクリル系樹脂は比較的屈折率の波長依存性が小さい材料であるため分光を小さくしやすい。
したがって、レンズ４０は、上記のような材料の中でもＰＭＭＡなどのアクリル系樹脂によって形成されるのが特に好適である。

レンズ４０の光が入射する入射面４１は、垂直断面で見ると、図２に示すように、光源３０側に凸状の曲面となるように形成されている。
一方、図３に灯具ユニット１０の光源光軸Ｚに沿った水平断面図を示すが、水平断面では、入射面４１は内側に凹む形状の曲面とされている。
なお、図３でも図２と同様にレンズホルダの図示を省略している。
このように、レンズ４０の入射面４１は、垂直断面が凸状の曲面で水平断面が凹状の曲面である複合２次曲面で形成されている。

この入射面４１の凹状の曲面の部分について、より具体的に説明すると、図３に示すように、光源光軸Ｚを基準として、水平方向照射角度α（水平方向への照射角度）が所定の角度以内となる前方に照射される光源３０からの光が入射する範囲を内側に凹む形状の曲面とすることで形成されている。

本実施形態では、この所定の角度が２５度であるようにしているので、光源光軸Ｚを基準として水平方向照射角度αが２５度以内となる前方（光源光軸Ｚを基準として水平方向左右前方）に照射される光源３０からの光が入射する範囲について内側に凹む形状の曲面が形成されている。
但し、２５度に限定される必要はなく、必要に応じて変更して良く、例えば、水平方向照射角度αの所定の角度は２０度以上３０度以下の範囲から選ばれるのが好適である。

なお、本実施形態では、レンズ４０のレンズ光軸と光源光軸Ｚが一致するようにレンズ４０は配置されているため、図３はレンズ４０のレンズ光軸の位置で水平方向に灯具ユニット１０を切断した水平断面図でもある。

一方、図２及び図３に示すように、レンズ４０の光が出射する出射面４２は垂直断面で見ても、水平断面で見ても前方側に凸状に形成されており、入射面４１の形状に合わせて所定の配光パターンが得られるように自由曲面で形成されている。

上述したように、光源３０としては、４つ以上の発光チップ３２を有するのが好ましく用いられるが、そのように発光チップ３２の数が多い場合、発熱量が大きくなる。
そうすると、樹脂製のレンズ４０が熱の影響で劣化する恐れがある。
そこで、レンズ４０としては、後方焦点距離が１８ｍｍ以上のものとするのが好適である。

レンズ４０は、レンズ４０の後方焦点が発光チップ３２の形成する発光面の発光中心若しくは発光中心近傍に位置するように配置されるが、このように、レンズ４０の後方焦点距離を１８ｍｍ以上のものとしておくことで、光源３０から十分な距離を保つようにレンズ４０を配置することができるため、樹脂製のレンズ４０が熱の影響で劣化することを回避することができる。

図４は、レンズ４０の入射面４１を見るようにレンズ４０を裏面側から見た平面図である。
以下の説明では、主な配光を形成するレンズ４０の中央側の部分（範囲Ａ参照）について、図４に一点斜線で示すように、上部入射面４１ａ、中間入射面４１ｂ、下部入射面４１ｃに分けて、入射面４１の位置ごとに入射する光が形成する配光状態について説明する。

図５は、光源光軸Ｚに沿った鉛直断面図であり、中間入射面４１ｂに入射する光の配光制御の状態を示したものになっている。
中間入射面４１ｂは、図５に示すように、上端４１ｂＵが、光源光軸Ｚを基準として、所定の上方照射角度θ１の角度で上方に照射される光源３０からの光が入射する位置にあり、下端４１ｂＤが、所定の下方照射角度θ１’の角度で下方に照射される光源３０からの光が入射する位置にある。

より具体的には、中間入射面４１ｂは、所定の上方照射角度θ１が２５度の位置から所定の下方照射角度θ１’が２５度となる位置までの範囲、つまり、光源光軸Ｚを基準に上下方向に２５度の照射角度範囲内である照射角度の小さい光源３０からの光が入射する入射面４１である。

この中間入射面４１ｂに入射する光は、光源３０からの光の照射角度が小さい光が入射するため、光源３０からの光の照射角度が大きい光が入射する上部入射面４１ａや下部入射面４１ｃと比較して、入射した光は大きな屈曲（屈折）を伴わずにレンズ４０の出射面４２から前方に照射されることになるため、上部入射面４１ａや下部入射面４１ｃに入射する光と比較すれば、分光の影響が少ない。

また、光が大きな屈曲（屈折）を伴わずに前方に照射されることは、レンズ４０の屈折率が温度変化によって変化しても配光パターンに対する影響が小さいことを意味する。
このように、大きな屈曲（屈折）を伴わずに出射（前方に照射）される光が入射する範囲を中間入射面４１ｂとして、図６に示すように、この中間入射面４１ｂに入射する光でハイビーム配光パターンＨＰの主要な配光パターンＰＭを形成するようにしている。

図６は、中間入射面４１ｂに入射した光が形成するスクリーン上での配光パターンＰＭを示した図であり、ＶＵ−ＶＤは垂直線を示し、ＨＬ−ＨＲは水平線を示している。
なお、以降の他の図においても、ＶＵ−ＶＤは垂直線を示し、ＨＬ−ＨＲは水平線を示すものとする。

図６（ａ）はスクリーン上での配光パターンＰＭを等光度線で示した図であり、中央ほど光度が高いことを示しており、図６（ｂ）はスクリーン上での配光パターンＰＭの色の状態を示した図である。

なお、上述したように、ここでは、主な配光を形成するレンズ４０の中央側の部分（図４の範囲Ａ参照）について示しているので、実際の配光パターンＰＭは、図６に示される状態よりももう少し左右方向に広がったものとなる。
以降において他の図で示される配光パターンの図も図６と同様であり、実際の配光パターンは図示されるものよりも少し左右方向に広がったものとなる。

図６（ａ）に示すように、中間入射面４１ｂに入射する光は、中央光度帯Ｍ（水平線と垂直線との交わる中央部分）に高い光度を有するハイビーム配光パターンの主要な配光パターンを形成していることが分かる。

一方、図６（ｂ）に示すように、中間入射面４１ｂに入射する光は、分光が起こりにくいため全体的には白色の配光パターンＰＭを形成しているが、完全に分光の影響がないわけではなく、配光パターンＰＭの上側の中央付近に一部青色分光色Ｂが表れている。

そこで、上部入射面４１ａ及び下部入射面４１ｃに入射する光が形成する配光パターンが多重されたハイビーム配光パターンＨＰの状態において、この中間入射面４１ｂが形成する配光パターンＰＭの上側に現れる青色分光色Ｂ（図６（ｂ）参照）が抑制されているようにする。

以下、順次、上部入射面４１ａ及び下部入射面４１ｃについて説明を行う。
図７は、光源光軸Ｚに沿った鉛直断面図であり、上部入射面４１ａに入射する光の配光制御の状態を示したものになっている。

上部入射面４１ａは、図７に示すように、下端４１ａＤが、光源光軸Ｚを基準として、所定の上方照射角度θ１の角度で上方に照射される光源３０からの光が入射する位置である。

より正確には、上部入射面４１ａは、中間入射面４１ｂに続く上側の入射面であるので、所定の上方照射角度θ１より大きい角度で上方に照射される光源３０からの光が入射する入射面４１であり、本実施形態では、上部入射面４１ａは、所定の上方照射角度θ１が２５度より大きい光源３０からの光が入射する入射面４１になっている。

図７に示すように、上部入射面４１ａに入射する光は、レンズ４０から出射、つまり、前方に照射されるときに上方へ照射する配光制御が行われている。
このように、配光制御された上部入射面４１ａに入射する光が形成する配光パターンＰＵを図８に示す。

図８は、上部入射面４１ａに入射した光が形成するスクリーン上での配光パターンＰＵを示した図であり、図８（ａ）はスクリーン上での配光パターンＰＵを等光度線で示した図であり、中央ほど光度が高いことを示しており、図８（ｂ）はスクリーン上での配光パターンＰＵの色の状態を示した図である。

図７に示したように、上部入射面４１ａに入射する光は、レンズ４０の出射面４２の上側の部分から上方へ照射する配光制御が行われ、図８（ａ）に示すように、上部入射面４１ａに入射する光が形成する配光パターンＰＵは、中央光度帯（水平線と垂直線との交わる中央部分）を外した上側に高光度の部分が形成されるようになっている。

中間入射面４１ｂの説明で少しふれたが、上部入射面４１ａへは光源３０からの上方照射角度が大きい光が入射し、その入射した光は大きな屈曲（屈折）を伴ってレンズ４０の出射面４２から前方に照射される。
このように、光が大きな屈曲（屈折）を伴って前方に照射される場合、レンズ４０の屈折率が温度変化によって変化するとその屈折率の変化の影響を受けて、形成される配光パターンＰＵの位置が変動しやすい。

しかしながら、上述のように、上部入射面４１ａに入射する光が形成する配光パターンＰＵが、中央光度帯（水平線と垂直線との交わる中央部分）を外した上側に高光度の部分が位置するため、レンズ４０の屈折率が変化しても、中央光度帯（水平線と垂直線との交わる中央部分）に対してあまり影響を与えないようにできる。

一方、上部入射面４１ａに入射してレンズ４０の出射面４２の上側から前方に照射される光は、図８（ｂ）中に両矢印で示すように、配光パターンＰＵの下側に青色分光色が現れ、上側に行くにつれて赤色分光色が強く表れるようになる。

前述したように、中間入射面４１ｂに入射する光が形成する配光パターンＰＭは、配光パターンＰＭの上側に青色分光色が現れているので（図６（ｂ）参照）、この図８（ｂ）に示される上部入射面４１ａに入射する光が形成する配光パターンＰＵが多重されることで、青色分光色と赤色分光色とが混じりあい白色化されることになる。

次に、下部入射面４１ｃについて説明する。
下部入射面４１ｃは、光源光軸Ｚを基準として、所定の下方照射角度θ１’（図５参照）より大きい角度、具体的には、下方照射角度θ１’が２５度より大きい角度で下方に照射される光源３０からの光が入射する入射面４１であるが、後述するように、下部入射面４１ｃは、光源光軸Ｚ側の第１下部入射面４１ｃ１と第１下部入射面４１ｃ１よりも下方の第２下部入射面４１ｃ２とを有している。

以下、図９から図１２を参照しながら第１下部入射面４１ｃ１及び第２下部入射面４１ｃ２について説明する。
図９は、光源光軸Ｚに沿った鉛直断面図であり、下部入射面４１ｃのうちの第１下部入射面４１ｃ１に入射する光の配光制御の状態を示したものになっている。

図９に示すように、第１下部入射面４１ｃ１は、上端４１ｃ１Ｕが、光源光軸Ｚを基準として、所定の下方照射角度θ１’の角度で下方に照射される光源３０からの光が入射する位置にあり、下端４１ｃ１Ｄが、所定の下方照射角度θ２の角度で下方に照射される光源３０からの光が入射する位置にある。

より正確には、第１下部入射面４１ｃ１は、中間入射面４１ｂに続く下側の入射面であるから、第１下部入射面４１ｃ１は、所定の下方照射角度θ１’が２５度より大きく所定の下方照射角度θ２が３５度以下である範囲、つまり、光源光軸Ｚを基準にして下方向に照射される下方照射角度が２５度より大きく３５度以下の範囲内の光源３０からの光が入射する入射面４１である。

この第１下部入射面４１ｃ１に入射する光は、図９に示すように、レンズ４０から出射するときに、上方へ照射する配光制御が行われているが、この第１下部入射面４１ｃ１に入射する光のレンズ４０から出射するときの上方への照射角度は、上述した上部入射面４１ａに入射する光のレンズ４０から出射するときの上方への照射角度よりも小さくなるように配光制御が行われている。

ここで、上述したように、レンズ４０の屈折率は光の波長によって異なるため、第１下部入射面４１ｃ１及び上部入射面４１ａに光が入射するときやその光が出射面４２から出射するときの光の屈折角は波長によって異なる。
このため、第１下部入射面４１ｃ１及び上部入射面４１ａの上方へ光を照射する照射角度の制御は、波長が５００ｎｍ以上の光を基準として、より具体的には、５００ｎｍから６５０ｎｍである光を基準波長として設計されている。
なお、この基準波長の光（５００ｎｍから６００ｎｍの光）は、Ｆ線からＣ線の波長の光を意味している。
つまり、第１下部入射面４１ｃ１及び上部入射面４１ａは、波長が５００ｎｍ以上の光に対して、より具体的には、波長が５００ｎｍから６５０ｎｍである光に対して上方への照射角度の制御を行っている。

図１０は、第１下部入射面４１ｃ１に入射した光が形成するスクリーン上での配光パターンＰＤ１を示した図であり、図１０（ａ）はスクリーン上での配光パターンＰＤ１を等光度線で示した図であり、中央ほど光度が高いことを示しており、図１０（ｂ）はスクリーン上での配光パターンＰＤ１の色の状態を示した図である。

図９に示したように、第１下部入射面４１ｃ１に入射する光は、レンズ４０から出射するときに、上方へ照射されるように配光制御が行われているため、図１０（ａ）に示すように、第１下部入射面４１ｃ１に入射する光が形成する配光パターンＰＤ１は、中央光度帯（水平線と垂直線との交わる中央部分）を外した上側に高光度の部分が形成されるようになっている。

このため、上部入射面４１ａで説明したのと同様に、配光パターンＰＤ１は中央光度帯（水平線と垂直線との交わる中央部分）を外した上側に高光度の部分が位置するため、レンズ４０の屈折率が変化しても、中央光度帯（水平線と垂直線との交わる中央部分）に対してあまり影響を与えないようにできる。

また、下部入射面４１ｃに入射してレンズ４０の出射面４２の下側から出射する光が形成する配光パターンは、配光パターンの上側に青色分光色が現れ、下側に行くにつれて赤色分光色が現れるようになるが、この第１下部入射面４１ｃ１に入射する光のレンズ４０から出射するときの上方への照射角度を、上述した上部入射面４１ａに入射する光のレンズ４０から出射するときの上方への照射角度よりも小さくなるように配光制御して、レンズ４０から出射する光を大きく上方に屈曲（屈折）させないようにして分光の影響を軽減して配光パターンＰＤ１の上側に現れる青色分光色を軽減するようにしている。

このため、図１０（ｂ）に示すように、第１下部入射面４１ｃ１に入射する光が形成する配光パターンＰＤ１は、図１０（ｂ）中に両矢印で示すように、配光パターンＰＤ１の上側に青色分光色が現れ、下側に行くにつれて赤色分光色が現れるものではあるものの、青色分光色を抑えたものになっている。

一方、後述するように、第２下部入射面４１ｃ２に入射する光は、レンズ４０から出射する光が下方に配光制御されるようになっている。
これは、第２下部入射面４１ｃ２が、第１下部入射面４１ｃ１よりもレンズ４０の下側に位置しており、ここに入射する光は、分光の影響を強く受けるため、上方に配光制御しないようにするためである。

以下、具体的に第２下部入射面４１ｃ２に入射する光の配光制御等について説明する。
図１１は、光源光軸Ｚに沿った鉛直断面図であり、下部入射面４１ｃのうちの第２下部入射面４１ｃ２に入射する光の配光制御の状態を示したものになっている。

図１１に示すように、第２下部入射面４１ｃ２は、上端４１ｃ２Ｕが、光源光軸Ｚを基準として、所定の下方照射角度θ２の角度で下方に照射される光源３０からの光が入射する位置にあり、具体的には、下方照射角度θ２が３５度より大きい角度で下方に照射される光源３０からの光が入射する入射面４１である。

上述したように、この第２下部入射面４１ｃ２に入射する光は、レンズ４０から出射するときに、下方へ配光されるように配光制御が行われるようになっている。

図１２は、第２下部入射面４１ｃ２に入射した光が形成するスクリーン上での配光パターンＰＤ２を示した図であり、図１２（ａ）はスクリーン上での配光パターンＰＤ２を等光度線で示した図であり、中央ほど光度が高いことを示しており、図１２（ｂ）はスクリーン上での配光パターンＰＤ２の色の状態を示した図である。

第２下部入射面４１ｃ２は、第１下部入射面４１ｃ１に連続する下側の入射面であり、図１２（ａ）に示すように、第２下部入射面４１ｃ２に入射する光が形成する配光パターンＰＤ２の上側は、第１下部入射面４１ｃ１に入射する光が形成する配光パターンＰＤ１（図１０（ａ）参照）の上側とほぼ同じ位置にあるが、下方に配光されるように配光制御が行われているため、第１下部入射面４１ｃ１に入射する光が形成する配光パターンＰＤ１よりも下側まで広く広がった位置、つまり、第１下部入射面４１ｃ１に入射する光が形成する配光パターンＰＤ１の下端を超える位置に、第２下部入射面４１ｃ２に入射する光が形成する配光パターンＰＤ２の下端が位置するようになっている。

また、図１２（ａ）に示すように、等光度線がほとんど表れておらず、全体的に光度の低い配光パターンＰＤ２となっている。
このため、第２下部入射面４１ｃ２に入射する光が形成する配光パターンＰＤ２は、全体的にあまり光度差を持たない配光状態であるため、レンズ４０の屈折率が変化しても、中央光度帯（水平線と垂直線との交わる中央部分）に対してあまり影響を与えることがない。
また、このような光度の低い配光パターンＰＤ２が多重されることでハイビーム配光パターンＨＰの下端にくっきりした明暗が現れない良好なハイビーム配光パターンＨＰとすることができる。

ここで、下部入射面４１ｃについては、レンズ４０の出射面４２の下側から照射される光ほど分光が起きやすく、配光パターンの上側に青色分光色が強く表れることになる。
つまり、図９に示した第１下部入射面４１ｃ１に入射する光よりも、図１１に示した第２下部入射面４１ｃ２に入射する光の方がレンズ４０の出射面４２の下側から前方に光が照射されるので、第２下部入射面４１ｃ２に入射する光の方が、分光は起きやすく、配光パターンの上側に青色分光色が強く表れることになる。

したがって、第２下部入射面４１ｃ２に入射する光をレンズ４０の出射面４２から前方に照射するときに上方に配光する配光制御を行うようにすると配光パターンＰＤ２の上側に濃い青色分光色が現れた配光パターンＰＤ２を形成することになり、このような上側に濃い青色分光色が現れた配光パターンＰＤ２を多重してハイビーム配光パターンＨＰを形成すると青色分光色が強く表れた配光パターンとなる。

そこで、本実施形態では、第２下部入射面４１ｃ２に入射する光をレンズ４０から前方に照射するときに下方に配光制御するようにして分光の影響を低減するとともに、図１２（ａ）に示すように、下側に配光パターンＰＤ２を広げるようにすることで、光を広く分散して配光パターンＰＤ２自体の光度を下げるようにしている。

このようにすることで、図１２（ｂ）に示すように、第２下部入射面４１ｃ２に入射する光が形成する配光パターンＰＤ２自体の分光の傾向は、下側に赤色分光色が現れ、上側に行くにつれて青色分光色が現れるものとなるが、上側に強く青色分光色が集まることを緩和するとともに、前述のように、配光パターンＰＤ２自体の光度を低くすることで、色の濃さで見れば薄い色の変化にとどまるものになる。

この結果、第２下部入射面４１ｃ２に入射する光が形成する配光パターンＰＤ２が多重されたとしても、第２下部入射面４１ｃ２に入射する光が形成する配光パターンＰＤ２の青色分光色の影響がハイビーム配光パターンＨＰに現れ難くなっている。

以上のようにして、各入射面（上部入射面４１ａ、中間入射面４１ｂ及び下部入射面４１ｃ（第１下部入射面４１ｃ１及び第２下部入射面４１ｃ２））に入射する光で形成される配光パターンＰＵ、ＰＭ、ＰＤ１、及び、ＰＤ２が多重されることで形成されるハイビーム配光パターンＨＰの状態を図１３に示す。

図１３（ａ）はスクリーン上でのハイビーム配光パターンＨＰを等光度線で示した図であり、中央ほど光度が高いことを示しており、図１３（ｂ）はスクリーン上でのハイビーム配光パターンＨＰの色の状態を示した図である。

図１３（ａ）に示すハイビーム配光パターンＨＰは、上述したように、中間入射面４１ｂに入射する光が形成する配光パターンＰＭによって、主に中央光度帯（水平線と垂直線との交わる中央部分）が形成されており、中間入射面４１ｂに入射する光が形成する配光パターンＰＭは温度上昇によるレンズ４０の屈折率変化の影響を受け難い。

一方で、上述したように、レンズ４０の屈折率変化の影響を受けやすい上部入射面４１ａや第１下部入射面４１ｃ１に入射する光が形成する配光パターンＰＵ、ＰＤ１は、中央光度帯（水平線と垂直線との交わる中央部分）に影響を与えないように、高光度の部分が中央光度帯（水平線と垂直線との交わる中央部分）を外した上側になるようにされており、また、第２下部入射面４１ｃ２に入射する光が形成する配光パターンＰＤ２は、光度差が少ない配光状態として中央光度帯（水平線と垂直線との交わる中央部分）に影響を与えないようにされている。

この結果、温度上昇によってレンズ４０の屈折率が変化しても、ハイビーム配光パターンＨＰの中央光度帯（水平線と垂直線との交わる中央部分）が変動することが抑制されたものになっている。

また、図１３（ｂ）に示すように、中間入射面４１ｂに入射する光が形成する配光パターンＰＭの上側に現れる青色分光色が、上部入射面４１ａ、及び下部入射面４１ｃ（第１下部入射面４１ｃ１及び第２下部入射面４１ｃ２）に入射する光が形成する配光パターンＰＵ、ＰＤ１、及び、ＰＤ２を多重したハイビーム配光パターンＨＰとなった状態では白色化されたものになっている。

ところで、上述のようにしても、図１３（ｂ）にＢ’として示す部分に薄らとした青色分光色が残る場合がある。
このように、薄らと青色分光色が残る場合には、以下のようにすることで、さらに、この薄らとした青色分光色も消すことが可能である。

図１４は、レンズ４０の光が出射する出射面４２を正面に見た正面図である。
なお、レンズ４０の左右にある凸部（図左側に１つの凸部、図右側に２つの凸部）が形成されている部分は、レンズホルダによって保持されるフランジ４３であり、そのフランジ４３の内側が光の出射する出射面４２である。

図１４に示すＸ軸はレンズ光軸Ｏ（レンズの光学的中心軸）を通る鉛直軸であり、Ｙ軸はレンズ光軸Ｏを通る水平軸である。
なお、光源３０の発光チップ３２が形成する発光面の発光中心は、このレンズ光軸上Ｏ若しくはレンズ光軸Ｏ近傍に位置する。

図１４に示すように、レンズ４０は、レンズ光軸Ｏを基準としてレンズ光軸Ｏよりも上側の部分４４ａと、レンズ光軸Ｏよりも下側の部分４４ｂとからなり、上側の部分４４ａは上下方向の幅が幅ＵＨとなるように形成されており、下側の部分４４ｂは上下方向の幅が幅ＤＨとなるように形成されている。

ここで、下部入射面４１ｃに入射してレンズ４０の出射面４２から前方に照射される光が形成する配光パターンは、上側に青色分光色が現れるものになっている点については、既に、説明した通りである。

そして、上述の図１３（ｂ）にＢ’として示す部分に残る薄らとした青色分光色は、図１３（ｂ）を見るとわかるように、ハイビーム配光パターンＨＰの上側に現れているので、レンズ４０の出射面４２の下側から前方に照射される光の割合を減らすことで抑制することが可能である。

このことから、レンズ４０は、レンズ光軸Ｏを基準としてレンズ光軸Ｏよりも上側の部分４４ａが、レンズ光軸Ｏよりも下側の部分４４ｂよりも上下方向の幅が大きく形成（幅ＵＨ＞幅ＤＨ）されるようにして、レンズ４０の下側の出射面４２の面積を小さくするようにすることが好適である。

さらに、レンズ４０の入射面４１に凹凸が連続するマイクロストラクチャ（光拡散構造）を設けて光が混ざるようにすることも、図１３（ｂ）にＢ’として示す部分に残る薄らとした青色分光色を抑制するために好適である。

具体的には、図４に示した範囲Ａの範囲内の上部入射面４１ａ及び下部入射面４１ｃに凹部の中心に向かって緩やかな湾曲傾斜で凹む凹部と凸部の中心に向かって緩やかな湾曲傾斜で出っ張る凸部とが連続する形状（緩やかな山谷が連続するような形状）の光拡散構造を設けるようにする。

この時に下部入射面４１ｃの光拡散構造の凹凸の高さを大きくして、下部入射面４１ｃに形成される光拡散構造が、上部入射面４１ａに形成される光拡散構造よりも光の拡散量が大きくなるように設定して、下部入射面４１ｃに入射する光の拡散量を大きくすることで好適に図１３（ｂ）にＢ’として示す部分に残る薄らとした青色分光色を抑制することができる。

また、このように上部入射面４１ａ及び下部入射面４１ｃに光拡散構造を設けるようにすると、上部入射面４１ａ及び下部入射面４１ｃに入射する光が形成する配光パターンＰＵ、ＰＤ１、及び、ＰＤ２の外周を暈す効果も得られるので、配光パターンが多重されたときに、配光パターンの重なり部分の境目に光度変化による線状の明暗線が現れるのを抑制することができる。

なお、図４に示した範囲Ａの範囲内の中間入射面４１ｂにも上部入射面４１ａに形成するのと同じ光拡散構造を設けるようにしてもよい。
また、図４に示した範囲Ａの外側（左右外側）になる入射面４１にも光拡散構造を設けるようにしてもよい。

このように、上側の部分４４ａの幅ＵＨを下側の部分４４ｂの幅ＤＨより大きくするようにするとともに、上部入射面４１ａ及び下部入射面４１ｃに光拡散構造を設け、下部入射面４１ｃの光拡散構造が上部入射面４１ａの光拡散構造よりも光の拡散量が大きくなるように設定することでより一層青色分光色の現れないハイビーム配光パターンにすることが可能になる。

以上、具体的な実施形態を基に本発明の説明を行ってきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
本実施形態では、光源３０からの光の上方照射角度θ１が２５度以下で下方照射角度θ１’が２５度以下である範囲内の光が入射する入射面４１の部分を中間入射面４１ｂとして、中間入射面４１ｂよりも上側の入射面４１を上部入射面４１ａとし、中間入射面４１ｂよりも下側の入射面４１を下部入射面４１ｃとした場合について示してきたが、これに限定されるものではない。

上述したように、中間入射面４１ｂは、レンズ４０の屈折率変化の影響を受け難く、分光を起こしにくい光が入射する範囲とすればよく、このことから中間入射面４１ｂの上端４１ｂＵは上方照射角度θ１が１５度以上３０度以下の範囲から選ばれる上方照射角度θ１の光が入射する位置とすることが良く、また、中間入射面４１ｂの下端４１ｂＤは下方照射角度θ１’が１５度以上３０度以下の範囲から選ばれる下方照射角度θ１’の光が入射する位置とすることが良い。

さらに、本実施形態では、下方照射角度θ２が３５度より大きい角度で光源３０から下方に照射される光が入射する入射面４１の部分を第２下部入射面４１ｃ２とした場合について示したが、これに限定されるものではない。

上述したように、第２下部入射面４１ｃ２は、分光が起こりやすい下側の入射面として定められるものであり、このことから３０度以上４０度以下の範囲から選ばれる下方照射角度θ２よりも大きい角度で光源３０から下方に照射される光が入射する入射面４１の部分を第２下部入射面４１ｃ２とすることが良い。
なお、第１下部入射面４１ｃ１は、中間入射面４１ｂと第２下部入射面４１ｃ２の入射面４１として規定される。

このように、本発明は具体的な実施形態に限定されるものではなく、技術的思想を逸脱することのない変更や改良を行ったものも発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは当業者にとって特許請求の範囲の記載からである。

１０ 灯具ユニット
２０ ヒートシンク
２１ 裏面
３０ 光源
３１ 基板
３２ 発光チップ
４０ レンズ
４１ 入射面
４１ａ 上部入射面
４１ａＤ 下端
４１ｂ 中間入射面
４１ｂＤ 下端
４１ｂＵ 上端
４１ｃ 下部入射面
４１ｃ１ 第１下部入射面
４１ｃ１Ｄ 下端
４１ｃ１Ｕ 上端
４１ｃ２ 第２下部入射面
４１ｃ２Ｕ 上端
４２ 出射面
４３ フランジ
４４ａ 上側の部分
４４ｂ 下側の部分
ＨＰ ハイビーム配光パターン
ＰＵ、ＰＭ、ＰＤ１、ＰＤ２ 配光パターン
Ｍ 中央光度帯
Ｏ レンズ光軸
Ｚ 光源光軸
１０１Ｌ、１０１Ｒ 車両用前照灯
１０２ 車両

Claims (5)

1. 半導体型の光源と前記光源からの光を配光制御する樹脂製のレンズを備え、
   前記レンズは、入射面と出射面とを有し、
   前記入射面は、少なくとも前記光源の光源光軸を基準として、所定の上方照射角度より大きい角度で上方に照射される前記光源からの光が入射する上部入射面と、所定の下方照射角度より大きい角度で下方に照射される前記光源からの光が入射する下部入射面と、前記上部入射面と前記下部入射面の間の中間入射面と、を備え、前記入射面は、前記光源光軸を含む垂直断面が前記光源に向かって凸状の曲面で、前記光源光軸を含む水平断面が前記光源に向かって凹状の曲面である複合２次曲面であり、
   前記出射面は、前記光源と反対側に向かって凸状に形成された自由曲面であり、
   前記下部入射面は、前記光源光軸側の第１下部入射面と前記第１下部入射面よりも下方の第２下部入射面とを有し、
   前記レンズは、前記第２下部入射面に入射する光を前記光源光軸を基準として下方に照射するとともに、前記上部入射面に入射する光を前記光源光軸を基準として第１の角度で上方へ照射し、前記第１下部入射面に入射する光を前記光源光軸を基準として第２の角度で上方へ照射する配光制御を行い、
   前記第２の角度が前記第１の角度よりも小さいことを特徴とする車両用灯具。
2. 前記第１下部入射面及び前記上部入射面は、波長が５００ｎｍ以上の光に対して上方への照射角度を制御していることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記レンズは、前記レンズのレンズ光軸を基準として前記レンズ光軸よりも上側の部分が、前記レンズ光軸よりも下側の部分よりも上下方向の幅が大きく形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用灯具。
4. 少なくとも前記上部入射面及び前記下部入射面には、光拡散構造が形成されており、
   前記下部入射面に形成される光拡散構造は、前記上部入射面に形成される光拡散構造よりも光の拡散量が大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用灯具。
5. 前記光源は、４チップ以上の発光チップを有し、
   前記レンズは、後方焦点距離が１８ｍｍ以上であり、
   前記レンズは、前記レンズの後方焦点が前記発光チップの形成する発光面の発光中心若しくは発光中心近傍に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用灯具。

Images