(57)【要約】  比較的小型で安価に製造可能で、自動車への搭載性にも優れ、かつ、その意匠性にも優れた構成の車両用灯具である。車両の先端部に取り付け可能な車両用灯具は、透光性の樹脂を略板状に成形してなる導光体である複合レンズ体と、照射光を発生する面状の発光部と、発光部からの面状の光を線状の光に変換して、導光体の前方側面に入射する光学系と、線状の変換光が入射する導光体の後方側面に形成され、線状の変換光を集光するための回折レンズと、を備え、レンズ手段で集光した光を、導光体の前方側面から車両の前方の路面上に照射する。
2016051490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の先端部に取り付け可能な車両用灯具であって、
透光性の樹脂を５面体以上の多面体形状に成形してなる導光体と、
照射光を発生する面状の発光部と、
前記発光部からの面状の光を非円形形状の光に変換して、前記導光体の１つの側面に入射する光学系と、
前記非円形形状の変換光が入射する前記導光体の１つの側面に形成され、前記非円形形状の変換光を集光するためのレンズ手段と、を備え、
前記レンズ手段で集光した光を、前記導光体の１つの側面に対向する他の側面から前記車両の前方の路面上に照射する、車両用灯具。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用灯具において、
前記レンズ手段は、前記導光体の１つの側面に形成された回折格子である、車両用灯具。
【請求項３】
請求項１に記載の車両用灯具であって、
前記導光体の前記１つの側面及び前記他の側面とは異なる１つの端面に、更に、半導体発光素子を取り付け、前記半導体発光素子からの発光を前記導光体内に導くと共に、前記導光体の１つの端面の近傍から外部に出射する、車両用灯具。
【請求項４】
請求項１に記載の車両用灯具であって、
前記導光体の前記１つの側面及び前記他の側面とは異なる１つの端面に、更に、他の半導体発光素子を取り付け、前記他の半導体発光素子からの発光を前記導光体内に導くと共に、前記導光体の前記他の側面から外部に出射する、車両用灯具。
【請求項５】
請求項１に記載の車両用灯具であって、
前記導光体の前記１つの側面及び前記他の側面とは異なる１つの端面に、更に、半導体発光素子と他の半導体発光素子を取り付け、前記半導体発光素子からの発光を前記導光体内に導くと共に、前記導光体の１つの端面の近傍から外部に出射するようにし、更には、前記他の半導体発光素子からの発光を前記導光体内に導くと共に、前記導光体の前記他の側面から外部に出射する、車両用灯具。
【請求項６】
請求項５に記載の車両用灯具であって、
前記導光体には、取り付けられた前記半導体発光素子と前記他の半導体発光素子が取り付けられた前記１つの端面の近傍に、それぞれの前記半導体発光素子からの光を分離するための溝が形成される、車両用灯具。
【請求項７】
請求項１に記載の車両用灯具において、
前記導光体の前記他の側面には、複数の光拡散部が形成される、車両用灯具。
【請求項８】
請求項１に記載の車両用灯具において、
前記面状の発光部は、発光領域が選択的に駆動制御が可能である、車両用灯具。
【請求項９】
請求項１に記載の車両用灯具において、
前記面状の発光部は、複数の半導体発光素子から構成された複合光源が、少なくとも１つ以上、面状に配置して構成される、車両用灯具。
【請求項１０】
請求項９に記載の車両用灯具において、
前記面状の発光部を構成する前記複合光源の複数の半導体発光素子のそれぞれには、ライトガイドが設けられる、車両用灯具。
【請求項１１】
請求項１に記載の車両用灯具において、
前記光学系は、少なくとも、前記面状の発光部からの光を集光するレンズ、又は、湾曲した反射面を有する反射鏡を備える、車両用灯具。
【請求項１２】
請求項１に記載の車両用灯具において、
前記光学系は、更に、映像表示素子を備えており、前記映像表示素子により得られる映像を前記車両の前方に投射する、車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車等の移動体に取り付けられ、夜間やトンネル内等、所謂、暗所での走行時において走行路面に光を照射するための車両用灯具に関し、特に、ＬＥＤに代表される個体発光素子を光源として利用した車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤに代表される個体発光素子の発達は目覚ましく、例えば、以下の特許文献１によれば、ヘッドランプとは異なるが、車両の背面側に取り付けられるリアコンビネーションランプの一部に、当該ＬＥＤをその光源として利用した車両用灯具が既に知られている。【０００３】
また、以下の特許文献２によれば、従来のハロゲンランプに替えて、ヘッドランプとして使用するに適した構造の、ＬＥＤ光源を利用した車両用灯具も既に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２７３５６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８２５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術になる車両用灯具では、特に、前者の特許文献１になる車両用灯具は、車両の前面側に取り付けられるヘッドランプとして採用することは難しく、また、後者の特許文献２になる車両用灯具は、その光源として、従来のハロゲンランプに替えて、ＬＥＤ光源を利用するものであり、これでは、必ずしも、従来技術におけるヘッドランプの枠を超えるものではなかった。【０００６】
即ち、従来から、車両の前面側に取り付けられるヘッドランプは、その光源であるハロゲンランプの発光点形状が小さく略球状であるため、発光する全光束を効率よく捕捉して利用するために概略、その全面から見た形状又は一部形状は当該ランプの形状に近く、そのため、車両の前面を構成する意匠の重要な構成要件の１つとされていた。【０００７】
しかしながら、近年においては、ハイブリッド車や電気自動車等の内燃機関を動力とする車両と異なる動力源を用いた車両が登場し新たな分野を築いており、これに伴い自動車における意匠設計においても、そのヘッドランプを含めた設計の自由度が求められている。【０００８】
そこで、本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みて達成されたものであり、特に、従来のハロゲンランプに替えて、個体光源をヘッドランプとして使用することに伴い、その特性を十分に生かすことにより、特に、その意匠性にも優れた構成の車両用灯具を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、まず、車両の先端部に取り付け可能な車両用灯具であって、透光性の樹脂を略板状に成形してなる導光体と、照射光を発生する面状の発光部と、前記発光部からの面状の光を線状の光に変換して、前記導光体の一の側面に入射する光学系と、前記線状の変換光が入射する前記導光体の一の側面に形成され、当該線状の変換光を集光又は発散するためのレンズ手段とを備えており、前記レンズ手段で集光又は発散した光を、前記導光体の一の側面に対向する他の側面から当該光を前記車両の前方の路面上に照射する車両用灯具が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
上述した本発明によれば、個体光源をヘッドランプとして使用することにより、比較的小型で安価に製造可能で、自動車への搭載性にも優れ、かつ、その意匠性にも優れた構成の車両用灯具を提供することが可能となるという、実用的にも極めて有用な車両用灯具が提供されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例（実施例１）になる車両用灯具をヘッドランプとして搭載した自動車の外観が示す図である。
【図２】上記車両用灯具である複合ライトの全体構成を示す展開斜視図である。
【図３】上記車両用灯具の全体構成を示す上面図である。
【図４】上記車両用灯具の面状の光源の詳細な構成を示す図である。
【図５】上記車両用灯具が走行ランプとしての機能を行う際の発光動作を説明する図である。
【図６】上記車両用灯具が方向指示ランプとしての機能を行う際の発光動作を説明する図である。
【図７】上記車両用灯具が方向指示ランプとして点灯している状態の自動車の外観を示す図である。
【図８】上記車両用灯具がヘッドランプとしての機能を行う際の発光動作を説明する斜視図である。
【図９】上記車両用灯具がヘッドランプとしての機能を行う際の発光動作を説明する上面図である。
【図１０】上記車両用灯具による照明光の配光性について説明するための図である。
【図１１】上記車両用灯具による照明光の配光性について説明するための図である。
【図１２】本発明の他の実施例（実施例２）になる車両用灯具の投写光学系の一例を示す構成図である。
【図１３】上記他の実施例（実施例２）の車両用灯具の像面も含めた実施例２の光線図である。
【図１４】上記実施例２の投写光学系を構成するレンズのレンズデータを示す図である。
【図１５】上記実施例２の投写光学系のレンズにおいて数１で定義した自由曲面係数を示す図である。
【図１６】上記実施例２の投写光学系のレンズにおいて数２で定義した非球面係数を示す図である。
【図１７】上記実施例２の投写光学系のレンズにおける奇数次多項式非球面係数を示す図である。
【図１８】上記実施例２の投写光学系の歪曲性能を示す図である。
【図１９】上記実施例２の投写光学系における像面での光量分布図を示す図である。
【図２０】上記実施例２の投写光学系により形成されるスポットサイズを示すスポット図である。
【図２１】本発明の更に他の実施例（実施例３）を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施例１）
以下、本発明の実施例（実施例１）になる車両用灯具の詳細について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１３】
まず、添付の図１には、本発明になる車両用灯具をそのヘッドランプとして搭載した自動車の外観が示されている。即ち、この図において、自動車本体１００は、走行時の空気抵抗を低減するために、所謂、流線形状に成形されており、その前面の両側には、それぞれ、右側複合ライト１０１、左側複合ライト１０２が取り付けられている。なお、図中の符号１０３は、当該自動車の前輪を、１０４は、その後輪を、それぞれ示す。
【００１４】
この図からも明らかなように、本発明になる車両用灯具、即ち、左右の複合ライト１０１、１０２は、それぞれ、自動車本体１００の先端部において、ライン状に取り付けられている。なお、かかる車両用灯具の外観形状によれば、従来のハロゲンランプ等から構成される車両用灯具に比較し、車両先端部における車体の流線形状を乱すことなく、自在に取り付けることが可能となり、これにより、自動車の設計におけるヘッドランプを含めた設計の自由度が大幅に向上することとなる。
【００１５】
続いて、以下には、本発明になる車両用灯具である上述したヘッドランプ、即ち、上記左右の複合ライト１０１、１０２のうち、特に、図１に示す自動車の外観図に対して向かって左の複合ライト１０１の詳細な構造について説明する。
【００１６】
図２は、上記の複合ライト１０１の全体構成を示す展開斜視図であり、更に、図３は、当該複合ライト１０１の上面図である。これらの図からも明らかなように、当該複合ライト１０１は、一例として、例えば、アクリル等の透光性の樹脂を金型成型により成形した、外形が細長くその一側面をテーパ状（略垂直三角形状）に形成した、扁平な棒状、又は、板状の導光体である、複合レンズ体３を備えている。
【００１７】
なお、この例では、当該扁平な導光体である複合レンズ体３の長手方向の一端面（本例では、左側端面）には、それぞれが個別のＬＥＤで構成され、発光色の異なる複数（本例では２個）の光源２−１、２−２が取り付けられている。また、上記複合レンズ体３の当該端部には、光分離用の「Ｖ」字状の溝が形成されている。即ち、これにより、当該「Ｖ」字状の溝に対向する導光体の２つの内面がそれぞれ光の反射面（図中３−４面）として機能するようになっている。なお、本例では、一方の個体光源２−１として、白色光を発生する白色ＬＥＤを、他方の個体光源２−２として、黄色光を発生する黄色ＬＥＤを使用している。
【００１８】
また、図３によっても明らかなように、扁平な導光体である上記複合レンズ体３は、その長手方向に沿った側面（図の前方側面と後方側面）を有しており、その前方側面からは、上述した光源２−１、２−２と共に、後に説明する他の光源からの光を、車両の前方に向かって照射し、そして、その後方側面には、以下にも述べる反射鏡１が配置されている。なお、これらの図における符号１−２は、上記反射鏡１を設置するため、その両側に形成された端部（反射鏡端部）を示している。
【００１９】
また、上記複合レンズ体３の前方側面には、例えば、断面略「Ｖ」字状の縦方向に延びた溝である、所謂、光拡散部３−５が、複数本、形成されている。なお、これらの溝である光拡散部３−５は、上記複合レンズ体３の前方側面において、上記光源２−１、２−２が取り付けられた端部の近傍では、比較的、粗く（溝間の距離を大きく）、他方、反対側の端部の近傍では、比較的、密に（溝間の距離を小さく）、不均一に形成されている。なお、この光拡散部３−５は、必ずしも上述した縦方向の溝に限られることなく、全体として光が均等に発散されれば良く、その他の形状として、例えば、点状の溝、点状の突起、縦方向の突起部であってもよい。
【００２０】
更に、当該反射鏡１の下方には、従来のハロゲンランプ等に替えて、高い強度の白色光を発生する面状の光源（発光部）５が配置されていると共に、当該面状の光源５と上記反射鏡１との間には、レンズ４が設けられている。なお、本例では、上記した高い発光強度を備えた面状の光源５を、一例として、後にも述べるが、各々複数のＬＥＤから構成された複合光源５−１、５−２を、複数（本例では２個）を配列することによって構成している。また、上記のレンズ４としては、面状の光を線状に集光及び光束の形状を変換するため、例えば、外形略円柱状のレンチキュラーレンズを用い、そして、上記面状の光源５の上部において発光面全体をほぼ覆うように配置されている。複合光源（面状の光源）５からの光束を集光したり、その形状を変換したりするためレンズ４の形状は前述したレンチキュラーレンズの他にトロイダル形状や、非球面形状、自由曲面形状を用いても良い。
【００２１】
そして、上述した反射鏡１は、上記の図からも明らかなように、例えば、球面又非球面は放物面や自由曲面形状の、即ち、湾曲した反射面を有しており、上記面状の光源５から発せられ、かつ、上記のレンズ４によって略線状に変換された光を、その反射面で反射・集光して、上記複合レンズ体３の後方側面である入光面に導く。
【００２２】
更に、上述した複合レンズ体３の入光面である長手方向の後方側面には、上記反射鏡１からの反射光を所定の形状に形成し、もって、車両前方の路面に所望の照射面（配光性）を得るための光学的手段が設けられている。かかる光学的手段としては、その一例として、フレネルレンズ等のレンズ面を形成し、又は、回折格子（ブレーズ型の回折格子）を形成することが考えられる。特に、フレネルレンズや回折格子を形成することによれば、当該複合レンズ体３の厚肉化や外形の大型化を回避することが出来ることから、特に、好適であろう。なお、本例では、上記図２において波線で示すように、複数（本例では３個）の回折格子３−１、３−２、３−３が形成されており、ここでは、中央部の回折格子３−２は、その両側の回折格子３−１、３−３に重なるように形成されている。
【００２３】
また、図４（Ａ）には、上述した面状の光源５を構成する複数（本例では２個）の複合光源５−１、５−２のうち、一方の複合光源５−１の詳細を示す。この図では、各複合光源５−１は、複数（本例では、Ｍ行×Ｎ列＝６×３個）の高出力ＬＥＤ素子（半導体発光素子）を平面（Ｙ軸−Ｚ軸）上に、升目状に並べて配置して構成されたものであり、これら複数のＬＥＤ素子は、図示しないが、制御線等により、個別に駆動することが可能である。なお、一例として、各ＬＥＤ素子のサイズは、０．２ｍｍ×０．２ｍｍであり、ＬＥＤ素子間の距離は、０．０４ｍｍである。
【００２４】
更に、図４（Ｂ）には、上述したＭ×Ｎ個のＬＥＤ素子の発光面側に近接して配置され、その一方の開口部（図の左側）を、それぞれ、単位光源５−５とし、他方の開口部（図の右側）を開放し、もって、単位光源５−５からの光を所望の配光特性で照射するための、所謂、ライトガイド５−４を示す。このライトガイド５−４は、例えば、図示のように、四角錐、又は、円錐形状であってもよい。これらのライトガイド５−４は、それぞれ対向して配置されたＬＥＤ発光素子からの光を反射して所定の光ビーム形状、特に光の発散角を小さく変換する機能を有し更に、その発光点を高さ方向（図中Ｘ軸方向）に設定することを可能とすることから、これらのライトガイド５−４を立体的に（Ｘ軸−Ｙ軸−Ｚ軸）その高さを変えて配置することにより、上記面状の光源５からの光の発光点の位置を、適宜、調整することが可能となる。特に、上述した構造になる面状の光源によれば、その後方側面に形成した回折格子３−１、３−２、３−３により集光又は発散されて上述した複合レンズ体３の前方側面から出射される光により得られる照明の配光を設定する場合などにおいて有利であろう。
【００２５】
なお、上記の例では、一例として、Ｍ×Ｎ＝６×３個の高出力ＬＥＤ素子（半導体発光素子）を用いたものについて説明したが、各発光素子として、更に、微細なものを配列したものでもよく、要するに、所望の発光強度が得られる面状の光源であればよい。
【００２６】
続いて、上述した構成になる本発明の車両用灯具、特に、ヘッドランプの機能・動作について、以下に説明する。
＜走行ランプ機能＞
これは、自動車のヘッドライトの一部において車両の走行時に線状に発光する、所謂、ＤＲＬ(Daytime Running Lamp)機能である。
【００２７】
この走行ランプ機能時においては、図５にも示すように、上記ヘッドランプを構成する複合レンズ体３の端面（図の左側端面）に取り付けられた一方の光源２−１を発光させる。この光源２−１から発した（白色）光は、図に点線の矢印で示すように、複合レンズ体３を構成する略垂直三角形状に形成された、扁平な棒状の導光体の内部を伝播し、上記光拡散部３−５等を介して、当該複合レンズ体３の発光面である前方側面上の長手方向のほぼ全領域において、その外部に出射する。その結果、上記の図１において符号１０１、１０２で示すように、自動車のヘッドライトの一部において車両の走行時に線状に発光するＤＲＬ(Daytime Running Lamp)機能が実現される。
＜方向指示ランプ機能＞
これは、ヘッドライトの一部において、自動車の走行方向を指示するために発光する、所謂、ターンシグナルランプ機能である。
【００２８】
この方向指示ランプ機能時においては、図６にも示すように、上記ヘッドランプを構成する複合レンズ体３の端面（図の左側端面）に取り付けられた他方の光源２−２を発光させる。この光源２−２から発した（黄色）光は、図に実線の矢印で示すように、複合レンズ体３を構成する略垂直三角形状に形成された、扁平な棒状の導光体の内部を伝播し、特に、複合レンズ体３の他の端面（図の右側端面）近傍に密に形成された光拡散部３−５を介して、その外部に出射する。その結果、図７において符号１０５、１０６で示すように、自動車のヘッドライトの両端部において、車両の走行を指示するために点灯する方向指示ランプ機能が実現される。
【００２９】
なお、上述した走行ランプ機能用に光源２−１から発した（白色）光と、方向指示ランプ機能用に光源２−２から発した（黄色）光は、上記複合レンズ体３の端部に当該「Ｖ」字状の溝に対向する導光体の２つの内面がそれぞれ光の反射面（図中３−４面）の働きにより互いに分離されることから、当該複合レンズ体３の導光体の内部で互いに混じり合うことから回避される。
＜ヘッドランプ機能＞
ヘッドランプの主要な機能は、走行路面に照明光を照射するための機能である。
【００３０】
即ち、この場合には、添付の図８及び図９に矢印で示すように、上述した面状の光源５（即ち、２個の複合光源５−１、５−２）からの高強度の光束を、上記レンズ４及び反射鏡１を介して（図８の反射点ｃ１〜ｃ６を参照）、上記複合レンズ体３である導光体内に導く。反射鏡の表面は鏡面であっても、又は、配光特性を詳細に制御するため反射鏡の表面に微細な光学パターンを設けて所望の配光特性を得ても良い。その際、その入光面である後方側面に形成した光学的手段（本例では、回折レンズ３−１、３−２、３−３：図９の符号ｂ１〜ｂ６を参照）により集光された後、当該導光体の前方側面である出射面から出射し、更には、当該出射面に形成された光拡散部３−５により拡散されて車両の前方に照射される。すなわち、本願発明の車両灯具装置では、面状の光源５から発した光束をレンズ４、反射鏡１、複合レンズ体３に形成した光学手段により配光特性を制御するものである。この際、反射鏡１の表面を鏡面とするのではなく配光特性を制御するために微細光学パターンを設けることでより優れた配光特性の光として照射される。
【００３１】
その際、以下にも述べるように、上述した面状の光源５の発光領域や発光強度を制御することによれば、所望の配光特性を得ることが出来る。
【００３２】
まず、上記複合レンズ体３から照射光を、それぞれ、所謂、ハイビームとロービームの間で切り替える場合について説明する。この場合、例えば、上述した面状の光源５を構成する複数の発光素子を、選択的に駆動する。より具体的には、例えば、所謂、ハイビームを得る場合、面状の光源５（図４（Ａ）にそれぞれの構成を示した２個の複合光源５−１、５−２）の発光素子のうち、例えば面状の光源５の行方向における中心近傍に位置する素子で、上側の行に対応する発光素子を発光させ、他方、ロービームを得る場合には、下側の行に対応する発光素子を発光させる。更に、ワイドロービームを得る場合には、面状の光源５の駆動する発光素子を行方向に増加すればよい。
【００３３】
また、例えば、上記面状の光源５を構成する２個の複合光源５−１、５−２を選択的に切り替えることによれば（光源５が１枚の面状体の場合には、左右の領域で切り替える）、導光体である上記複合レンズ体３の前方側面から車両の前方に照射される光を、左右方向に移動することも可能となる。換言すれば、上記面状の光源５の発光領域（パターン）を変えることにより、所望の配光パターンを得ることが可能となる。
【００３４】
これによれば、例えば、添付の図１０及び１１にも示すように、自動車本体１００に取り付けられたステアリング角度検出手段、進路からのそれ量Δ検知手段、走行速度検知手段（但し、ここでは、これらの詳述はせず）により検出された信号に基づいて、上述したハイビーム、ロービーム、ワイドロービームの選択に加え、ヘッドライトからの光ビームを、自動的に、車両の進行方向に向けるようにする等の機能を実現することができ、所謂、アダプティブヘッドライトを実現することができる。なお、図１０において、符号１１１は、自動車本体１００が走行する道路を、１１３は、当該自動車に取り付けられた、例えば、ＣＣＤカメラ等、前方の視界を検知するための手段を示している。
【００３５】
また、図１１には、上述した本発明になる車両用灯具（ヘッドライト）により得られる照射特性を示しており、これによれば、車両が直進からカーブに差し掛かる場合において、通常のロービーム１１５又はハイビーム１１６−１から、車両の操舵方向に沿って移動するハイビーム１１６−２に変化する様子が示されている。即ち、図に示した車両前方に存在する注意点（１）及び（２）について、通常のロービーム１１５又はハイビーム１１６−１だけでは検出できない注意点（２）についても、操舵方向に沿って移動するハイビーム１１６−２によれば検知が可能となり、より安全な運転を支援することが可能となる。
【００３６】
更には、上記ＣＣＤカメラ等の前方の視界を検知する手段からの検出信号に基づいて、上記面状の光源５の発光領域（パターン）を変化することによっても、より安全な運転が可能な配光パターンを得ることも可能となるであろう。例えば、前方からの対向車を検知した場合には、当該対向車に向かって光ビームを発生する領域の発光素子を消灯しあるいは発光強度を低減する、又は、ヘッドランプからの光の配光方向を移動することなどにより、当該対向車へのヘッドライトによる幻惑の発生を回避することも可能となる。
【００３７】
以上においては、本発明の一の実施例について詳細に説明したが、これによれば、その外観形状からも明らかなように、比較的小型であり、車両の先端部に自在に取り付けることが可能で、ヘッドランプを含めた車両設計の自由度を大幅に向上することが可能であり、更には、走行ランプや方向指示ランプをも含めて一体に構成することで、その製造価格を低減し、又は、車体への組み込み作業をも簡素化することを可能とする優れた車両用灯具を実現することができる。
【００３８】
また、以上では、本発明になる車両用灯具を、特に、ヘッドランプへ適用した実施例について詳細に説明したが、しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、例えば、車体の後方に取り付けられるテールランプとして利用することも可能であろう。特に、ブレーキランプとして使用する場合等においては、高い発光強度を備えた面状の光源や反射鏡等は不要となることから、より簡潔な構造で安価に実現することが可能となろう。また、その場合、半導体発光素子としては、例えば、赤色光を発生する赤色ＬＥＤなどを用いることが好ましい。
【００３９】
（実施例２）
続いて、本発明の他の実施例（実施例２）について、添付の図１２〜図２１を用いながら、以下に説明する。なお、この他の実施例になる車両用灯具は、更に、路面に映像を投写するものである。
【００４０】
図１２は実施例２を構成する投写光学系の構成図であり、図１３は像面も含めた実施例２の光線図である。映像表示素子２５を出射した映像光は、カバーガラスと全反射プリズムで構成されるフィルタ２６を通過し、同軸レンズ系２２と自由曲面レンズ２３で屈折作用を受け、自由曲面ミラー２４の反射により、像面２８（道路）に投写される。なお、上記の投写光学系は、上述した実施例になる車両用灯具の内部に一体に、又は、その外部に設けてもよい。
【００４１】
同軸レンズ系２２は、正の屈折力を持つレンズ群（レンズＬ１〜レンズＬ３）と、負の屈折力を持つレンズ群（レンズＬ４〜レンズＬ７）からなるレトロフォーカスタイプである。
【００４２】
各レンズの形状は、映像表示素子２５側から、ガラス製で正の屈折力を有し映像表示素子２５の側に小さい曲率半径を向けたレンズＬ１と、プラスチック製で映像表示素子２５の側に凸面を向けたメニスカス形状の非球面レンズＬ２と、ガラス製で正の屈折力を有し両凸形状のレンズＬ３と、ガラス製で正の屈折力を有し映像表示素子２５の側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズＬ４と、ガラス製で負の屈折力を有し両凹形状のレンズＬ５と、ガラス製で正の屈折力を有し映像表示素子２５の側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズＬ６と、プラスチック製の奇数次非球面レンズで映像表示素子２５の側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズＬ７とで構成した。なお、レンズＬ１からレンズＬ７は共通の光軸２７を有している。
【００４３】
自由曲面レンズ２３は、プラスチック製で映像表示素子２５の側に凹面を向けたメニスカスレンズ形状の自由曲面レンズＬ８で構成している。
【００４４】
出射側の光学要素である自由曲面ミラー２４の光軸中心から像面２８に垂直な方向（図でＺ軸）の距離、即ち、投写距離が７００ｍｍで、像の長辺方向のサイズが９５１９ｍｍ（＝１００６１−５４２）という大画面サイズを実現している。尚、歪曲収差の説明の中で投写サイズの詳細については説明する。
【００４５】
図１４に実施例２のレンズデータを示すが、曲率半径は曲率半径の中心位置が進行方向にある場合を正の符合で表している。面間距離は、各面の頂点位置から次の面の頂点位置までの光軸上の距離を表している。
【００４６】
偏心はＹ軸方向の値であり、倒れはＹＺ平面内でＸ軸回りの回転であり、偏心・倒れは、該当の面で偏心と倒れの順に作用し、「普通偏心」では、偏心・倒れが作用した新しい座標系上での面間距離の位置に次の面が配置される。一方、「ＤＡＲ」は、デセンタ・アンド・リターンの意味で、偏心と倒れはその面でのみ作用し、次の面に影響しない。硝材名のＰＭＭＡは、プラスチックのアクリルである。
【００４７】
図１５に以下の数１で定義した自由曲面係数を示す。自由曲面係数は、それぞれの光軸９（Ｚ軸）に対して回転非対称な形状であり、円錐項の成分とＸＹの多項式の項の成分で定義される形状である。例えば、Ｘが２次（ｍ＝２）でＹが３次（ｎ＝３）の場合は、ｊ＝｛(２＋３)２＋２＋３×３｝／２＋１＝１９であるＣ１９の係数が対応する。また、自由曲面のそれぞれの光軸の位置は、図１４のレンズデータでの偏心・倒れの量によって定まる。
【００４８】
【数１】
2016051490.tif 000003
【００４９】
図１６に以下の数２で定義した非球面係数を示す。非球面係数は、それぞれの光軸（Ｚ軸）に対して回転対称な形状であり、円錐項の成分と光軸からの高さｈの４次から２０次の偶数次の成分を使用している。
【００５０】
【数２】
2016051490.tif 000004
【００５１】
図１７に示した奇数次多項式非球面係数は、図１６の非球面に奇数次の成分を加えた形状である。なお、高さｈは正の値なので、回転対称な形状である。
【００５２】
実施例２の光学性能として、図１８に歪曲性能を、図１９に像面での光量分布図を、図２０にスポット図を示す。
【００５３】
図１８の歪曲収差では、映像表示素子２５の映像表示範囲の水平方向（図でＸ軸）を９分割、垂直方向（図でＹ軸）を１６分割し、映像表示素子２５の各交点から出射した主光線の像面での座標を表示した図である。ヘッドライト装置に近い側のＸサイズが１５０２ｍｍであり、ヘッドライト装置から遠い側のＸサイズが５３１７ｍｍであり、５３１７／１５０２＝３．５倍の違いがあるが、ほぼ台形状に広がっている様子が分かる。次に、この図でのＸサイズを、運転者の眼からの距離で計算した視野角について説明する。
【００５４】
図１３で示したヘッドライト装置からのＹ軸方向の距離５４２〜１００６１ｍｍに、ヘッドライト装置から運転者の眼までの距離を２ｍと仮定し加算すると、２５４２〜１２０６１ｍｍになる。従って、運転者の眼の位置からみた視野角は、ｔａｎ−１（１５０２／２５４２）＝３１度、ｔａｎ−１（５３１７／１２０６１）＝２４度となる。即ち、投写像のＸサイズでは３．５倍の違いがあるが、運転者の眼からの視野角は３１〜２４度と、１．３倍の違いしかない。
【００５５】
また、図１９の光量分布でもＸサイズと同じ理由で、ヘッドライト装置から近い側の光量が大きく、ヘッドライト装置から遠い側の光量が小さくなるが、視野角と同様にその差は小さくなる。
【００５６】
図２０は、映像表示素子２５の片側に２５点の物点を配置した状態での像面でのスポットサイズを表す図である。ところで、投写像の形状が台形状なので像サイズの定義として、Ｙ軸上のサイズ９５２０ｍｍと、Ｘ方向のサイズの最大と最小の平均値３４１０ｍｍで投写像サイズを定義すると、３９８インチサイズに相当する。即ち、図２０のスポットサイズでのスケール３０ｍｍは、３９８インチサイズに対しては０．３％に相当し、良好なスポットサイズであることが分かる。
【００５７】
また、ここで示したＹ軸上のサイズ９５２０ｍｍと、Ｘ方向のサイズの最大と最小の平均値３４１０ｍｍから、投写像の範囲全体の全体アスペクト比＝９５２０／３４１０＝２．８と大幅に縦長である。
【００５８】
尚、この光学系は左右対称（Ｙ軸に対して対称）なので、映像表示素子２全体では、４５点を配置したことに相当する。
【００５９】
ところで、実施例２では、投写距離７００ｍｍに対して、投写像の範囲の長辺の長さが９５２０ｍｍなので、投写比は７００／９５２０＝０．０７という、かつてない大幅な広角化を実現した。
【００６０】
（実施例３）
続いて、本発明の他の実施例（実施例３）について、添付の図２１を用いながら、以下に説明する。実施例３は、実施例２と同様に、路面に映像を投写するものである。
【００６１】
表示映像のアスペクト比について定義を説明する。投写像を道路に表示するため、投写像をどの方向から観察するかによって投写像の縦横の寸法が変化する。更に、表示範囲の一部のみを光らせた場合でも、みかけ上の投写像の縦と横のサイズが変化する。
【００６２】
このため、運転者からみたアスペクト比を以下のように定義する。
［アスペクト比］＝［運転者からみた投写像の縦サイズ］／［運転者からみた投写像の横サイズ］
図２１では、運転者の指示に基づき、投写像に右折表示として、右曲がりの矢印を表示した状態では表示像は運転者にとって見やすいように、縦長のアスペクト比で矢印を表示する。これは、道路に描画されている速度制限の例えば「６０」の表示を縦長にしているのと同様の理由である。
【００６３】
この状態で、右折する交差点などに近づくと運転者は車両の速度を落とすので、車両の速度の変化に対応して、表示像のように投写像のアスペクト比を小さくする。この理由は、交差点で右折する場合、その右折先にいる相手の車両や、横断歩道を渡る歩行者に、右折車の存在を知らせることが、交通事故の防止のために有効であり、その相手の車両の運転者や歩行者に視認しやすい表示を示すためである。
【００６４】
また、投写像のアスペクト比の変更と同時に、右折表示の映像の色を赤色のような認識性の高い色に変更することや、投写像を点滅させることも有効であろう。なお、この図において、符号４０は自動車を、４１はヘッドライトを、３８は照明光を、３９は路面とその上に照射される照射光を、８１、８２は、路面上に照射された映像１、映像２である路面上の表示（矢印）を、それぞれ、示している。
【００６５】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、しかしながら、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために装置全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０１…複合ライト、１…反射鏡、２−１、２−２…光源、３…複合レンズ体（導光体）、３−１、３−２、３−３…回折レンズ、３−４…（Ｖ字状溝）反射面、３−５…光拡散部、４…レンズ、５…面状の光源、５−１、５−２…複合光源、５−４…ライトガイド、２５…映像表示素子、２６…フィルタ、２２…同軸レンズ系、２３…自由曲面レンズ、２４…自由曲面ミラー
【図１】
2016051490.tif 000005
【図２】
2016051490.tif 000006
【図３】
2016051490.tif 000007
【図４】
2016051490.tif 000008
【図５】
2016051490.tif 000009
【図６】
2016051490.tif 000010
【図７】
2016051490.tif 000011
【図８】
2016051490.tif 000012
【図９】
2016051490.tif 000013
【図１０】
2016051490.tif 000014
【図１１】
2016051490.tif 000015
【図１２】
2016051490.tif 000016
【図１３】
2016051490.tif 000017
【図１４】
2016051490.tif 000018
【図１５】
2016051490.tif 000019
【図１６】
2016051490.tif 000020
【図１７】
2016051490.tif 000021
【図１８】
2016051490.tif 000022
【図１９】
2016051490.tif 000023
【図２０】
2016051490.tif 000024
【図２１】
2016051490.tif 000025
【国際調査報告】
2016051490.tif 000026
2016051490.tif 000027
2016051490.tif 000028
2016051490.tif 000029