(57)【要約】【課題】光源からの光を効率的に活用できる車両用灯具を提供すること。【解決手段】この車両用灯具１は、半導体発光素子から成る光源２と、この光源２からの光を反射して灯具の前方に照射するリフレクタ４と、光源２からの光を拡散あるいは拡幅して灯具の前方に照射するレンズ３とを備える。また、光源２がリフレクタ４よりも灯具の前方に配置されると共に、レンズ３がリフレクタ４の光軸Ｚ上であって光源２よりも灯具の前方に配置される。【選択図】        図３
2008226559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子から成る光源と、前記光源からの光を反射して灯具の前方に照射するリフレクタと、前記光源からの光を拡散あるいは拡幅して灯具の前方に照射するレンズとを備え、且つ、前記光源が前記リフレクタよりも灯具の前方に配置されると共に、前記レンズが前記リフレクタの光軸上であって前記光源よりも灯具の前方に配置されることを特徴とする車両用灯具。
【請求項２】
前記光源が前記リフレクタの光軸上かつ前記レンズの光軸上に配置される請求項１に記載の車両用灯具。
【請求項３】
灯具の設置状態にて、前記光源の光軸が鉛直方向を向く請求項２に記載の車両用灯具。
【請求項４】
前記リフレクタの光軸を基準として、前記光源から前記リフレクタへの光の入射範囲αおよび前記光源から前記レンズへの光の入射範囲βが規定されるときに、
前記リフレクタにおける光の入射範囲αと前記レンズにおける光の入射範囲βとがα＞βの関係を有する請求項１〜３のいずれか一つに記載の車両用灯具。
【請求項５】
前記リフレクタの反射面のうち前記反射光が前記レンズにより遮蔽されて灯具の前方に照射されなくなる範囲を反射光損失範囲Ｄと呼ぶと共に、前記光源から反射光損失範囲Ｄへの光の入射範囲γが前記リフレクタの光軸を基準として規定されるときに、
前記リフレクタにおける光の入射範囲αと、前記レンズにおける光の入射範囲βと、反射光損失範囲Ｄにおける光の入射範囲γとがα＞β＞γの関係を有する請求項４に記載の車両用灯具。
【請求項６】
前記リフレクタの反射光と前記リフレクタの光軸とのなす角を反射角θ’と呼ぶときに、入射範囲γにおける反射光が前記レンズを回避して灯具の前方に照射されるように、入射範囲γにおける前記リフレクタの反射面の反射角θ’が規定される請求項５に記載の車両用灯具。
【請求項７】
前記リフレクタの反射光と前記リフレクタの光軸とのなす角を反射角θ’と呼ぶときに、前記リフレクタの反射面の少なくとも一部が所定の自由曲面から成り、且つ、前記自由曲面では、反射光の反射角θ’が前記リフレクタの中心部から端部に向かうに連れてｎ次連続的に変化する請求項１〜６のいずれか一つに記載の車両用灯具。
【請求項８】
前記レンズからの射出光と前記レンズの光軸とのなす角を射出角θと呼ぶときに、
前記レンズの射出面の少なくとも一部が所定の自由曲面から成り、且つ、前記自由曲面では、射出光の射出角θが前記レンズの中心部から端部に向かうに連れてｎ次連続的に変化する請求項１〜７のいずれか一つに記載の車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用灯具に関し、さらに詳しくは、光源からの光を効率的に活用できる車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源およびリフレクタを有する車両用灯具では、リフレクタからの反射光の一部が光源により遮蔽されて灯具の前方に照射されないため、光のロスが生じる。このため、かかる車両用灯具では、光源からの光を効率的に活用すべき課題がある。
【０００３】
また、例えば、ヘッドランプ、フォグランプ、コーナリングランプなどの車両用灯具では、水平方向あるいは鉛直方向に対して滑らかに光度を減衰させる拡散配光制御が採用されている。また、かかる拡散配光制御は、コンパクトかつ簡易な構成にて、精度良く行われることが好ましい。かかる課題に関する従来の車両用灯具には、特許文献１に記載される技術が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０８５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、光源からの光を効率的に活用できる車両用灯具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明にかかる車両用灯具は、半導体発光素子から成る光源と、前記光源からの光を反射して灯具の前方に照射するリフレクタと、前記光源からの光を拡散あるいは拡幅して灯具の前方に照射するレンズとを備え、且つ、前記光源が前記リフレクタよりも灯具の前方に配置されると共に、前記レンズが前記リフレクタの光軸上であって前記光源よりも灯具の前方に配置されることを特徴とする。
【０００７】
この車両用灯具では、レンズがリフレクタの光軸上であって光源よりも灯具の前方（リフレクタの照射方向に対して前方）に配置されるので、光源からの光がレンズおよびリフレクタの双方によりそれぞれ灯具の前方に照射される。これにより、光源からの光が効率的に活用される利点がある。
【０００８】
また、この発明にかかる車両用灯具は、前記光源が前記リフレクタの光軸上かつ前記レンズの光軸上に配置される。
【０００９】
この車両用灯具では、光源からの光がリフレクタおよびレンズの双方に対して適正に入射する。これにより、光源からの光がリフレクタおよびレンズの双方にて効率的に活用される利点がある。
【００１０】
また、この発明にかかる車両用灯具は、灯具の設置状態にて、前記光源の光軸が鉛直方向を向く。
【００１１】
この車両用灯具では、灯具に適した配光が得られる利点がある。
【００１２】
また、この発明にかかる車両用灯具は、前記リフレクタの光軸を基準として、前記光源から前記リフレクタへの光の入射範囲αおよび前記光源から前記レンズへの光の入射範囲βが規定されるときに、前記リフレクタにおける光の入射範囲αと前記レンズにおける光の入射範囲βとがα＞βの関係を有する。
【００１３】
この車両用灯具では、リフレクタとレンズとの大小関係ならびにこれらと光源との位置関係が、光源からリフレクタへの光の入射範囲αと光源からレンズへの光の入射範囲βとの関係により拘束される。これにより、光源とリフレクタとの位置関係に起因する光のロスが低減されるので、光源からの光が効率的に活用される利点がある。
【００１４】
また、この発明にかかる車両用灯具は、前記リフレクタの反射面のうち前記反射光が前記レンズにより遮蔽されて灯具の前方に照射されなくなる範囲を反射光損失範囲Ｄと呼ぶと共に、前記光源から反射光損失範囲Ｄへの光の入射範囲γが前記リフレクタの光軸を基準として規定されるときに、前記リフレクタにおける光の入射範囲αと、前記レンズにおける光の入射範囲βと、反射光損失範囲Ｄにおける光の入射範囲γとがα＞β＞γの関係を有する。
【００１５】
この車両用灯具では、反射光損失範囲Ｄへの光の入射範囲γが適正化されるので、レンズにより遮蔽されて灯具の前方に照射されなくなるリフレクタからの反射光が低減される。これにより、光のロスが減少して、光源からの光が効率的に活用される利点がある。
【００１６】
また、この発明にかかる車両用灯具は、前記リフレクタの反射光と前記リフレクタの光軸とのなす角を反射角θ’と呼ぶときに、入射範囲γにおける反射光が前記レンズを回避して灯具の前方に照射されるように、入射範囲γにおける前記リフレクタの反射面の反射角θ’が規定される。
【００１７】
この車両用灯具では、入射範囲γにおける反射光がレンズを回避して灯具の前方に照射されるので、光源からの光が無駄なく効率的に活用される利点がある。
【００１８】
また、この発明にかかる車両用灯具は、前記リフレクタの反射光と前記リフレクタの光軸とのなす角を反射角θ’と呼ぶときに、前記リフレクタの反射面の少なくとも一部が所定の自由曲面から成り、且つ、前記自由曲面では、反射光の反射角θ’が前記リフレクタの中心部から端部に向かうに連れてｎ次連続的に変化する。
【００１９】
この車両用灯具では、リフレクタの反射光の反射角θ’がリフレクタの中心部から端部に向かうに連れてｎ次連続的に変化するので、照射範囲の略中央部（Ｈ−Ｖ点付近）から端部に向かうに連れて照射光の光度が滑らかに変化する（拡散配光パターン）。また、反射面が自由曲面から成るので、反射角θ’をｎ次連続的に変化させる設定が容易である。すなわち、自由曲面にて反射角θ’を詳細に設定できるので、照射光の光度分布の精度が向上する。これにより、灯具の拡散配光制御を精度良く行い得る利点がある。
【００２０】
また、この発明にかかる車両用灯具は、前記レンズからの射出光と前記レンズの光軸とのなす角を射出角θと呼ぶときに、前記レンズの射出面の少なくとも一部が所定の自由曲面から成り、且つ、前記自由曲面では、射出光の射出角θが前記レンズの中心部から端部に向かうに連れてｎ次連続的に変化する。
【００２１】
この車両用灯具では、レンズの射出光の射出角θがレンズの中心部から端部に向かうに連れてｎ次連続的に変化するので、照射範囲の略中央部（Ｈ−Ｖ点付近）から端部に向かうに連れて照射光の光度が滑らかに変化する（拡散配光パターン）。また、射出面が自由曲面から成るので、射出角θをｎ次連続的に変化させる設定が容易である。すなわち、自由曲面にて射出角θを詳細に設定できるので、照射光の光度分布の精度が向上する。これにより、灯具の拡散配光制御を精度良く行い得る利点がある。
【発明の効果】
【００２２】
この発明にかかる車両用灯具では、レンズがリフレクタの光軸上であって光源よりも灯具の前方（リフレクタの照射方向に対して前方）に配置されるので、光源からの光がレンズおよびリフレクタの双方によりそれぞれ灯具の前方に照射される。これにより、光源からの光が効率的に活用される利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。
【実施例】
【００２４】
図１〜図３は、この発明の実施例にかかる車両用灯具を示す斜視図（図１）、平面図（図２）および側面図（図３）である。図４は、図１に記載した車両用灯具の作用を示す説明図である。図５は、図１に記載した車両用灯具のリフレクタを示す斜視図である。図６〜図８は、図５に記載したリフレクタの構成および作用を示す説明図である。図９〜図１２は、図５に記載したリフレクタの設計例を示す説明図である。図１３は、図１に記載した車両用灯具のレンズを示す斜視図である。図１４〜図１６は、図１３に記載した車両用灯具の構成および作用を示す説明図である。図１７および図１８−３は、図１３に記載したレンズの設計例を示す説明図である。
【００２５】
［車両用灯具］
この車両用灯具１は、例えば、ヘッドランプ、フォグランプ、コーナリングランプなどに適用され、光源２と、レンズ３と、リフレクタ４とを含んで構成される（図１〜図３参照）。光源２は、半導体発光素子から成る。この光源２は、例えば、配列された複数のＬＥＤ（light emitting diode）により構成され、略半球状に光を放射する。レンズ３は、光源２の前方に配置されて、光源２からの光を拡散あるいは拡幅して灯具の前方に照射する。このレンズ３は、例えば、ＰＭＭＡ（Polymethylmethacrylate）などの樹脂製あるいはガラス製の凸レンズをベースとして構成される。リフレクタ４は、光源２の後方に配置され、光源２からの光を反射して灯具の前方に照射する。このリフレクタ４は、例えば、パラボラ系自由曲面により構成される。
【００２６】
ここで、灯具の光軸をＺ軸としてＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系をとる（図１〜図３参照）。また、灯具の設置状態にて鉛直方向をＹ軸とし、水平方向をＸ軸とする。このとき、光源２、レンズ３およびリフレクタ４が以下のように配置される。
【００２７】
まず、光源２が光軸Ｚ上に配置される。次に、レンズ３が光軸Ｚ上であって光源２の前方（灯具の照射方向に対して前方）に配置される。このとき、レンズ３の入射面３１の基準点Ｏが光軸Ｚ上に配置され、レンズ３の光軸と灯具の光軸Ｚとが一致する（なお、レンズ３の入射面３１の基準点Ｏは、光軸Ｚ上に配置されなくとも良い）。また、レンズ３の擬似バックフォーカス点Ｆに光源２が配置される。次に、リフレクタ４が光軸Ｚ上であって光源２の後方（灯具の照射方向に対して後方）に配置される。このとき、リフレクタ４の基準点Ｏ’が光軸Ｚ上に配置され、リフレクタ４の光軸と灯具の光軸Ｚとが一致する（なお、リフレクタ４の基準点Ｏ’は、光軸Ｚ上に配置されなくとも良い）。また、リフレクタ４の擬似フォーカス点Ｆ’に光源２が配置される。すなわち、この実施例では、レンズ３の光軸とリフレクタ４の光軸とが共通の光軸Ｚ上にある。また、レンズ３の擬似バックフォーカス点Ｆとリフレクタ４の擬似フォーカス点Ｆ’とが一致しており、この点Ｆ、Ｆ’上に光源２が配置される。
【００２８】
この車両用灯具１では、光源２が発光すると、その放射光がレンズ３の入射面３１から入射してレンズ３の射出面３２から灯具の前方に照射される。また、放射光がリフレクタ４の反射面にて反射して灯具の前方に照射される。そして、これらの照射光により所定の配光パターンが形成される（図４参照）。
【００２９】
このとき、レンズ３がリフレクタ４の光軸Ｚ上であって光源２よりも灯具の前方（リフレクタ４の照射方向に対して前方）に配置されるので、光源２からの光がレンズ３およびリフレクタ４の双方によりそれぞれ灯具の前方に照射される（図４参照）。これにより、光源からの光が効率的に活用される利点がある。例えば、灯具が光源およびリフレクタのみから成る構成では、リフレクタからの反射光の一部が光源により遮蔽されて灯具の前方に照射されないため、光のロスが生じる。
【００３０】
［光源の位置］
なお、この車両用灯具１では、光源２がリフレクタ４の光軸上かつレンズ３の光軸上に配置されることが好ましい（図３参照）。かかる構成では、光源２からの光がリフレクタ４およびレンズ３の双方に対して適正に入射する。これにより、光源２からの光がリフレクタ４およびレンズの双方にて効率的に活用される利点がある。例えば、光源２がリフレクタの光軸（レンズの光軸）から外れた位置にあると、リフレクタ（レンズ）にて所望の配光が得られない。
【００３１】
例えば、この実施例では、リフレクタ４の光軸とレンズ３の光軸とが灯具の光軸Ｚに一致している（図３参照）。また、この光軸Ｚ上であって、レンズ３の擬似バックフォーカス点Ｆとリフレクタ４の擬似フォーカス点Ｆ’とが一致する点に光源２の中心が配置されている。したがって、光源２からの光がリフレクタ４およびレンズ３の双方に対して効率的に入射し、リフレクタ４およびレンズの双方にて所望の配光が得られる。
【００３２】
［光源の光軸方向］
また、この車両用灯具１では、灯具の設置状態にて、光源２の光軸が鉛直方向（鉛直方向上側または鉛直方向下側）を向くように、光源２が配置されることが好ましい（図３参照）。これにより、車両用灯具１に適した配光が得られる利点がある。例えば、灯具の設置状態にて光源２の光軸が鉛直方向上側に向く構成により、ヘッドランプのハイビーム用の配光が容易となる（図３および図４参照）。逆に、灯具の設置状態にて光源２の光軸が鉛直方向下側に向く構成により、フォグランプ用の配光が容易となる（図示省略）。
【００３３】
例えば、この実施例では、灯具の設置状態にて、光軸Ｚが車両の進行方向かつ水平方向に向くように設定される（図１参照）。また、Ｘ軸が車両の左右方向かつ水平方向に向き、Ｙ軸が鉛直方向に向くように設定される。また、光源２は、灯具の光軸Ｚ上（レンズ３の光軸上かつリフレクタ４の光軸上）であってレンズ３の擬似バックフォーカス点Ｆとリフレクタ４の擬似フォーカス点Ｆ’とが一致する点に配置される（図３参照）。また、光源２は、その光軸（ＬＥＤチップの発光面の法線方向）がＹ軸に一致するように配置される。これにより、灯具の設置状態にて、光源２の光軸が鉛直方向上側を向くように設定され、ヘッドランプのハイビーム用の配光が実現されている（図４参照）。
【００３４】
［リフレクタおよびレンズへの光の入射範囲］
また、この車両用灯具１では、リフレクタ４の光軸を基準として、光源２からリフレクタ４への光の入射範囲αおよび光源２からレンズ３への光の入射範囲βが規定されるときに、リフレクタ４における光の入射範囲αとレンズ３における光の入射範囲βとがα＞βの関係を有することが好ましい（図２および図３参照）。
【００３５】
かかる構成では、リフレクタ４とレンズ３との大小関係ならびにこれらと光源２との位置関係が、光源２からリフレクタ４への光の入射範囲αと光源２からレンズ３への光の入射範囲βとの関係により拘束される。また、リフレクタ４における光の入射範囲αとレンズ３における光の入射範囲βとがα＞βの関係を有することにより、リフレクタ４をメインとし、レンズ３をサブとした光学系が構成される。これにより、光源２とリフレクタ４との位置関係に起因する光のロスが低減されるので、光源からの光が効率的に活用される利点がある。例えば、リフレクタにおける光の入射範囲αとレンズにおける光の入射範囲βとがα＜βの関係を有する構成（図示省略）では、リフレクタ４の反射面のうち反射光がレンズ３により遮蔽されて灯具の前方に照射されなくなる範囲（以下、反射光損失範囲Ｄという。図２および図３参照。）が増加するため、光のロスが大きくなる。
【００３６】
また、上記の構成では、光源２から反射光損失範囲Ｄへの光の入射範囲γがリフレクタ４の光軸Ｚを基準として規定されるときに、リフレクタ４における光の入射範囲αと、レンズ３における光の入射範囲βと、反射光損失範囲Ｄにおける光の入射範囲γとがα＞β＞γの関係を有することが好ましい（図２および図３参照）。かかる構成では、反射光損失範囲Ｄへの光の入射範囲γが適正化されるので、レンズ３により遮蔽されて灯具の前方に照射されなくなるリフレクタ４からの反射光が低減される。これにより、光のロスが減少して、光源からの光が効率的に活用される利点がある。
【００３７】
例えば、この実施例では、まず、光源２が略半球状に光を放射するＬＥＤチップにより構成される（図２および図３参照）。そして、この光源２がリフレクタ４の光軸Ｚ上かつリフレクタ４の擬似フォーカス点Ｆ’に配置される。また、リフレクタ４への光の入射範囲αがリフレクタ４の光軸Ｚを基準として規定される。また、光源２がレンズ３の光軸Ｚ（リフレクタ４の光軸）上かつレンズ３の擬似バックフォーカス点Ｆ（リフレクタ４の擬似フォーカス点Ｆ’）に配置される。また、レンズ３への光の入射範囲βがレンズ３の光軸Ｚを基準として規定される。
【００３８】
また、反射光損失範囲Ｄへの光の入射範囲γがリフレクタ４の光軸Ｚを基準として規定される。また、反射光損失範囲Ｄがレンズ３の径（光軸Ｚからの高さ）と一致している。そして、これらの入射範囲α、β、γがα＞β＞γの関係を有するように、リフレクタ４の径および形状ならびにレンズ３の径および形状が規定されている。また、リフレクタ４への光の入射範囲αがα＞９０［ｄｅｇ］の範囲にある。これにより、各入射範囲α、β、γが適正化されて、光源からの光が効率的に活用されている。
【００３９】
なお、リフレクタ４の径（Ｚ軸からの高さＨ）に制約がある場合には、この制約の範囲内にて各入射範囲α、β、γの数値および関係が規定される。例えば、この実施例では、入射範囲αがα＝１００［ｄｅｇ］（リフレクタ４の開口寸法φ１００［ｍｍ］、擬似フォーカス距離２１［ｍｍ］）に設定され、入射範囲βがβ＝５５［ｄｅｇ］（擬似バックフォーカス距離８［ｍｍ］）に設定され、入射範囲γがγ＝３０［ｄｅｇ］に設定されている。
【００４０】
［入射範囲γにおけるリフレクタの反射面］
また、この車両用灯具１では、リフレクタ４の反射光とリフレクタ４の光軸Ｚとのなす角を反射角θ’と呼ぶときに、入射範囲γにおける反射光がレンズ３を回避して灯具の前方に照射されるように、入射範囲γにおけるリフレクタ４の反射面の反射角θ’が規定されることが好ましい（図６および図７参照）。かかる構成では、入射範囲γにおける反射光がレンズ３を回避して灯具の前方に照射されるので、光源２からの光が無駄なく効率的に活用される利点がある。
【００４１】
例えば、この実施例では、入射範囲γにおける反射角θ’がリフレクタ４の中心部（基準点Ｏ’）にてθ’＝１０［ｄｅｇ］に設定される（図６および図７参照）。これにより、入射範囲γからの反射光がリフレクタ４の前方に配置されているレンズ３を回避して灯具の前方に照射される。また、反射角θ’が、リフレクタ４の中心部からリフレクタ４の径方向外側に向かうに連れてｎ次連続的に減少し、入射範囲γの境界位置にてθ’＝０［ｄｅｇ］となるように設定される。これにより、入射範囲γにおける反射光が拡散配光パターンにて灯具の前方に照射される（図８参照）。
【００４２】
［リフレクタの自由曲面の設計例］
例えば、灯具の拡散配光制御では、図６および図７に示したリフレクタ４が以下のように設計される（図５および図６、図８〜図１２参照）。ここでは、ヘッドランプのハイビーム用配光パターン（図４参照）を一例として説明する。
【００４３】
まず、設計にあたり、光源２として矩形状のＬＥＤチップが採用される（図５参照）。この光源２では、放射光の放射強度分布がランバーシアンカーブに略一致する。また、ＬＥＤチップの中心点がリフレクタ４の擬似フォーカス点Ｆ’に一致し、且つ、ＬＥＤチップの法線方向が鉛直方向上側（Ｙ軸正方向）に向くように、光源２が配置される。また、リフレクタ４の反射面がパラボラ系自由曲面により構成され、この反射面には、基準点Ｏ’を中心として回転方向（ｕ方向）および放射方向（ｗ方向）の二方向にパラメータを持つパッチが設定される（図９参照）。
【００４４】
次に、リフレクタ４の水平断面視（ＸＺ断面視）にて、擬似フォーカス点Ｆ’から反射面の各ノード点Ｐ’（ｕ，ｗ）に任意の波長（例えば、６５６［ｎｍ］）の単色光を入射させて、光路追跡が行われる。次に、拡散配光制御を施す範囲（入射範囲γ）が設定され、この範囲の境界に対応するノード点Ｐ’（拡散開始点Ｐ’0（基準点０）および拡散終了点Ｐ’01）が選択される（図６参照）。そして、このノード点Ｐ’の反射光が光軸Ｚを中心として所定の拡散配光角にてリフレクタ４の径方向に変化するように、反射面での射出角θ’が設定される。具体的には、ノード点Ｐ’0の反射光が光軸Ｚに対して反射角θ’0にて反射し、また、拡散配光制御の範囲の外側端部にあるノード点Ｐ’01の反射光が光軸Ｚに平行（θ’01＝０）となるように、リフレクタ４の反射面が設定される。
【００４５】
次に、拡散配光制御を施す範囲内（拡散開始点Ｐ’0から拡散終了点Ｐ’01の間）にある各ノード点Ｐ’について、その反射光の反射角θ’が設定される（図６参照）。このとき、拡散開始点Ｐ’0の反射角θ’0と拡散終了点Ｐ’01の反射角θ’01とを基準として、各ノード点Ｐ’の反射角θ’が設定される。具体的には、リフレクタ４の放射方向（拡散開始点Ｐ’0から拡散終了点Ｐ’01に向かう方向。ｗ方向。）に向かうに連れて反射角θ’が減少する（θ’＝０に近付く）ように、ｎ次関数（図９参照）による補間が行われる。
【００４６】
なお、この実施例では、リフレクタ４の水平断面視にて、拡散開始点Ｐ’0の反射角θ’0がθ’0＝１０［ｄｅｇ］に設定される（図６参照）。そして、拡散開始点Ｐ0から拡散終了点Ｐ01に至る各ノード点Ｐ’の反射角θ’が１．０次関数により補間されて設定される。すなわち、反射角θ’が拡散開始点Ｐ0から拡散終了点Ｐ01に向かうに連れて徐々にθ’＝０に近付くように、各ノード点Ｐ’の反射角θ’が設定される。また、リフレクタ４の水平断面視にて、水平方向右側のノード点群と水平方向左側のノード点群とが光軸Ｚを中心として対称となるように、反射面の各ノード点Ｐ’が設定される。
【００４７】
なお、拡散配光制御が施されない範囲（入射範囲γよりもリフレクタ４の径方向外側の範囲）では、反射光が光軸Ｚに平行（θ’＝０）となるように、反射面の反射角θ’が設定される。
【００４８】
次に、リフレクタ４の鉛直断面視（ＸＺ断面視）にて、水平断面視（ＸＺ断面視）のときと同様の処理が行われて、反射面のノード点群が決定される（図７参照）。例えば、拡散配光制御を施す範囲（入射範囲γ）のうち鉛直方向上側にある境界点を拡散終了点Ｐ’02とする。このとき、拡散終了点Ｐ’02における反射光の反射角θ’02が光軸Ｚに平行（θ’02＝０［ｄｅｇ］）に設定され、拡散開始点Ｐ’0（θ’0＝１０［ｄｅｇ］）から拡散終了点Ｐ’02に至る各反射光の反射角θが１．０次関数により補間されて設定される。
【００４９】
次に、リフレクタ４の正面視（ＸＹ平面視）にて、リフレクタ４の水平断面（ＸＺ断面）と鉛直断面（ＸＺ断面）との間の範囲における反射面のノード点群が決定される（図９参照）。このとき、水平断面のノード点群の反射角θ’と鉛直断面のノード点群の反射角θ’とに基づき、基準点Ｏ’を中心とする回転方向（ｕ方向）にｎ次関数による補間が行われて、反射面全域の射出角θ’が設定される。そして、この反射角θ’にて反射光が反射するように、反射面のノード点群が設定される。
【００５０】
次に、設定された全てのノード点を通るように反射面の自由曲面が形成される。このとき、任意に設定された階数および制御点数によりＮＵＲＢＳ曲面化（図１２参照）が行われる。これにより、反射角θ’が光軸Ｚを中心として回転方向（ｕ方向）および放射方向（ｗ方向）にパラメトリックに変化するような、自由曲面が形成される。
【００５１】
図１０−１および図１０−２には、上記のリフレクタ４を介してスクリーンに映し出された光源２の像（射出チップ像）が示されている。これらの図では、鉛直方向上側かつ水平方向左側の範囲における光源２の像が示されている。また、Ｖ軸が鉛直方向を示し、Ｈ軸が水平方向を示している。なお、鉛直方向上側かつ水平方向右側の範囲における光源２の像は、鉛直方向上側かつ水平方向左側の範囲における光源２の像に対してＶ軸対称である。
【００５２】
なお、このリフレクタ４では、入射範囲γよりも径方向外側の領域にて、５０［ｍ］以上遠方の視認性を得るための高光度帯を有する配光が施されている（図６、図７および図１０−１参照）。また、γよりも径方向外側の領域にて、反射光がレンズ３を避けて２０［ｍ］以上遠方の上方および側方に照射されるような配光が施されている（図１０−２参照）。
【００５３】
［レンズによる拡散配光制御］
また、この実施例では、レンズ３が略半円形状を有し、光軸Ｚに対して鉛直方向上側にのみ配置されている（図１、図３および図１３参照）。そして、このレンズ３により、以下の拡散配光制御が行われる。
【００５４】
まず、レンズ３からの射出光と光軸Ｚとのなす角を射出角θと呼ぶ（図１４および図１５参照）。このとき、レンズ３の射出面３２の少なくとも一部が自由曲面から成り、且つ、この自由曲面にて、射出光の射出角θがレンズ３の中心部（例えば、基準点Ｏあるいは光軸Ｚ）から端部に向かうに連れてｎ次連続的に変化（増加）するように、レンズ３が構成される。すなわち、射出光がレンズ３の中心部から端部に向かうに連れてレンズ３の径方向外側に滑らかに（ｎ次連続的に）傾斜するように、射出面３２の自由曲面が形成される。なお、かかる自由曲面は、所定の制御光を形成するための数式（例えば、ＮＵＲＢＳ曲面）により規定される。
【００５５】
この車両用灯具１では、レンズ３の射出光の射出角θがレンズ３の中心部から端部に向かうに連れてｎ次連続的に変化（増加）するので、照射範囲の略中央部（Ｈ−Ｖ点付近）から端部に向かうに連れて照射光の光度が滑らかに変化（減衰）する（拡散配光パターン）（図４および図１６参照）。また、射出面が自由曲面から成るので、射出角θをｎ次連続的に変化させる設定が容易である。すなわち、自由曲面にて射出角θを詳細に設定できるので、照射光の光度分布の精度が向上する。これにより、灯具の拡散配光制御を精度良く行い得る利点がある。
【００５６】
例えば、この実施例では、レンズ３の水平方向の断面視にて、射出光の射出角θ’がリフレクタ４の光軸Ｚを中心としてレンズ３の径方向外側に向かうに連れて徐々に増加する（図１４参照）。かかる構成では、照射光が水平方向に滑らかに拡散する配光パターンが形成される（図１６参照）。これにより、ハイビーム時にて、歩道や対向車線が適正に照らされ、また、滑らかな光度減衰により水平方向に対する照射範囲の視認性が向上する。また、レンズ３の鉛直方向の断面視にて、射出光の射出角θがレンズ３の光軸Ｚを中心としてレンズ３の径方向外側に向かうに連れて徐々に増加する（図１５参照）。かかる構成では、照射光が鉛直方向に滑らかに拡散する配光パターンが形成される（図１６参照）。これにより、ハイビーム時にて、上方の道路標示や樹木が適正に照らされ、また、滑らかな光度減衰により鉛直方向上方に対する照射範囲の視認性が向上する。
【００５７】
なお、この車両用灯具１では、上記に限らず、自由曲面を有するレンズ３に代えて、既存のレンズが採用されても良い。
【００５８】
また、この車両用灯具１では、レンズ３の入射面３１が平面、単一径（球面）から成る凸面あるいは凹面、その他の単純形状により構成されることが好ましい。かかる構成では、単純形状を有する入射面３１を基準として射出面３２（自由曲面）が設計されるので、射出面３２の設計が容易となる利点がある。例えば、この実施例では、レンズ３の入射面３１が平面により構成されている（図１４および図１５参照）。
【００５９】
［レンズの自由曲面の設計例］
例えば、灯具の拡散配光制御では、以下のようにレンズ３が設計される（図１３〜図１８参照）。ここでは、ヘッドランプのハイビーム用配光パターン（図４参照）を一例として説明する。
【００６０】
まず、設計にあたり、光源２として矩形状のＬＥＤチップが採用される（図１３参照）。この光源２では、放射光の放射強度分布がランバーシアンカーブに略一致する。また、ＬＥＤチップの中心点がレンズ３の擬似バックフォーカス点Ｆに一致し、且つ、ＬＥＤチップの法線方向が鉛直方向上側（Ｙ軸正方向）に向くように、光源２が配置される。また、レンズ３の入射面３１が平面で構成され、この入射面３１には、基準点Ｏを中心として回転方向（ｕ方向）および放射方向（ｗ方向）の二方向にパラメータを持つパッチが設定される（図１７参照）。なお、レンズ３の入射面３１が単一径の球面から成る凸面あるいは凹面により構成される場合にも、同様の設定が行われる。また、パッチの間隔は、任意に設定され得る。
【００６１】
次に、レンズ３の水平断面視（ＸＺ断面視）にて、擬似バックフォーカス点Ｆから入射面３１のパッチの各ノード点Ｐ（ｕ，ｗ）に任意の波長（例えば、６５６［ｎｍ］）の単色光を入射させて、光路追跡が行われる。次に、拡散配光制御を施す範囲が設定され、この範囲の境界に対応するノード点Ｐ（拡散開始点Ｐ0（基準点０）および拡散終了点Ｐ1）が選択される（図１４参照）。そして、このノード点Ｐ0、Ｐ1の入射光が光軸Ｚを中心として所定の拡散配光角にてレンズ３の径方向外側に広がるように、射出面３２での射出角θが設定される。具体的には、光軸Ｚ上にあるノード点Ｐ0の入射光が光軸Ｚに対して平行な射出角θ＝０にて射出し、また、拡散配光制御の範囲の外側端部にあるノード点Ｐ1の入射光がレンズ３の径方向外側に所定の射出角θ＝θ1にて射出するように、レンズ３の射出面３２が設定される。
【００６２】
次に、拡散配光制御を施す範囲内（拡散開始点Ｐ0から拡散終了点Ｐ1の間）にある各ノード点Ｐの入射光について、その射出光の射出角θが設定される（図１４参照）。このとき、拡散開始点Ｐ0の入射光に対する射出角θ＝０と拡散終了点Ｐ1の入射光に対する射出角θ＝θ1とを基準として、各射出光の射出角θが設定される。具体的には、基準点Ｏを中心とする放射方向（拡散開始点Ｐ0から拡散終了点Ｐ1に向かう方向。ｗ方向。）に向かうに連れて射出角θが増加するように、ｎ次関数（図９参照）による補間が行われる。そして、設定された各射出角θに従って、入射面３１のノード点群に対する射出面３２のノード点群が設定される。
【００６３】
なお、この実施例では、レンズ３の水平断面視にて、拡散終了点Ｐ1の入射光に対する射出光の射出角θ1がθ1＝１０［ｄｅｇ］に設定される（図１４参照）。そして、拡散開始点Ｐ0から拡散終了点Ｐ1に至る各射出光の射出角θが１．０次関数により補間される。また、レンズ３の水平断面視にて、水平方向右側のノード点群と水平方向左側のノード点群とが光軸Ｚを中心として対称となるように、射出面３２の各ノード点が設定される。
【００６４】
次に、レンズ３の鉛直断面視（ＸＺ断面視）にて、水平断面視（ＸＺ断面視）のときと同様の処理が行われて、入射面３１のノード点群に対する射出面３２のノード点群が決定される（図１５参照）。例えば、拡散配光制御を施す範囲のうち鉛直方向上側にある境界点を拡散終了点Ｐ2とする。このとき、拡散終了点Ｐ2における射出光の射出角θ2がθ2＝２［ｄｅｇ］に設定され、拡散開始点Ｐ0から拡散終了点Ｐ1に至る各射出光の射出角θが１．０次関数により補間されて設定される。
【００６５】
次に、レンズ３の正面視（ＸＹ平面視）にて、レンズ３の水平断面（ＸＺ断面）と鉛直断面（ＸＺ断面）との間の範囲における射出面３２のノード点群が決定される（図１５参照）。このとき、水平断面のノード点群の射出角θと鉛直断面のノード点群の射出角θとに基づき、基準点Ｏを中心とする回転方向（ｕ方向）にｎ次関数による補間が行われて、射出面３２全域の射出角θが設定される。そして、この射出角θにて射出光が射出するように、射出面３２のノード点群が設定される。
【００６６】
次に、設定された全てのノード点を通るように射出面３２の自由曲面が形成される。このとき、任意に設定された階数および制御点数によりＮＵＲＢＳ曲面化（図１２参照）が行われる。これにより、射出光の射出角θが光軸Ｚを中心として回転方向（ｕ方向）および放射方向（ｗ方向）にパラメトリックに変化するような、自由曲面が形成される。
【００６７】
図１８−１〜図１８−３には、上記のレンズ３を介してスクリーンに映し出された光源２の像（射出チップ像）が示されている。これらの図では、鉛直方向上側かつ水平方向左側の範囲における光源２の像が示されている。また、Ｖ軸が鉛直方向を示し、Ｈ軸が水平方向を示している。なお、鉛直方向上側かつ水平方向右側の範囲における光源２の像は、鉛直方向上側かつ水平方向左側の範囲における光源２の像に対してＶ軸対称である。
【００６８】
図１８−１〜図１８−３に示すように、このレンズ３では、射出面３２の射出角θがレンズ３の中心から水平方向の端部に向かうに連れて増加するため（図１４参照）、スクリーンに映し出された光源２の像が水平方向に向かうに連れて拡散されることが分かる（図１６参照）。また、射出面３２の射出角θがレンズ３の中心から鉛直方向上側の端部に向かうに連れて増加するため（図１５参照）、スクリーンに映し出された光源２の像が鉛直方向上側に向かうに連れて拡散されることが分かる（図１６参照）。
【００６９】
かかるレンズ３による配光パターンでは、中央部（ＨＶ点付近）にて最大高度帯をもつ高光度帯が維持される（図４参照）。また、照射光が光軸Ｚを中心として水平方向に滑らかに光度を減衰させつつ拡散され、また、鉛直方向上方にも（水平方向ほどではない角度で）滑らかに光度を減衰させつつ拡散される。これにより、水平方向に幅広な照射範囲を有し、且つ、滑らかに光度を減衰させる配光パターンが形成されている。また、２０［ｍ］以上遠方の上方および側方の視認性を得るための配光が施されている。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明にかかる車両用灯具は、光源からの光を効率的に活用できる点で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】この発明の実施例にかかる車両用灯具を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施例にかかる車両用灯具を示す平面図である。
【図３】この発明の実施例にかかる車両用灯具を示す側面図である。
【図４】図１に記載した車両用灯具の作用を示す説明図である。
【図５】図１に記載した車両用灯具のリフレクタを示す斜視図である。
【図６】図５に記載したリフレクタの構成および作用を示す説明図である。
【図７】図５に記載したリフレクタの構成および作用を示す説明図である。
【図８】図５に記載したリフレクタの構成および作用を示す説明図である。
【図９】図５に記載したリフレクタの設計例を示す説明図である。
【図１０−１】図５に記載したリフレクタの設計例を示す説明図である。
【図１０−２】図５に記載したリフレクタの設計例を示す説明図である。
【図１１】図５に記載したリフレクタの設計例を示す説明図である。
【図１２】図５に記載したリフレクタの設計例を示す説明図である。
【図１３】図１に記載した車両用灯具のレンズを示す斜視図である。
【図１４】図１３に記載した車両用灯具の構成および作用を示す説明図である。
【図１５】図１３に記載した車両用灯具の構成および作用を示す説明図である。
【図１６】図１３に記載した車両用灯具の構成および作用を示す説明図である。
【図１７】図１３に記載したレンズの設計例を示す説明図である。
【図１８−１】図１３に記載したレンズの設計例を示す説明図である。
【図１８−２】図１３に記載したレンズの設計例を示す説明図である。
【図１８−３】図１３に記載したレンズの設計例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１    車両用灯具
２    光源
３    レンズ
３１  入射面
３２  射出面
４    リフレクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８−１】
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【図１８−２】
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【図１８−３】
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