(57)【要約】  光学ユニットは、第１の光源と、第２の光源と、第１の光源から出射した第１の光を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタと、回転リフレクタで反射された第１の光を光学ユニットの光照射方向に第１の配光パターンとして投影する投影レンズと、を備える。第２の光源は、出射した第２の光が回転リフレクタで反射されずに投影レンズに入射するように配置されている。投影レンズは、第１の配光パターンの左右方向の端部と重畳するように、第２の光を光学ユニットの光照射方向に第２の配光パターンとして投影するように構成されており、第２の光を主として左右方向に拡散する左右拡散部（３６）が該投影レンズの一部に形成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光源と、  第２の光源と、  前記第１の光源から出射した第１の光を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタと、  前記回転リフレクタで反射された第１の光を光学ユニットの光照射方向に第１の配光パターンとして投影する投影レンズと、を備え、  前記第２の光源は、出射した第２の光が前記回転リフレクタで反射されずに前記投影レンズに入射するように配置されており、  前記投影レンズは、  前記第１の配光パターンの左右方向の端部と重畳するように、前記第２の光を光学ユニットの光照射方向に第２の配光パターンとして投影するように構成されており、  前記第２の光を主として左右方向に拡散する左右拡散部が該投影レンズの一部に形成されていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記投影レンズは、  前記第１の光が入射する第１の入射領域と前記第２の光が入射する第２の入射領域とを含む入射面を有し、  前記第２の入射領域は、前記左右拡散部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記左右拡散部は、前記第２の入射領域よりも面積が狭いことを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記投影レンズは、  前記第１の光および前記第２の光が出射する出射面を更に有し、  前記出射面は、前記第１の光および前記第２の光を主として上下方向に拡散する上下拡散部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記第１の入射領域は、非拡散部であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項６】
第１の光源と、  複数の発光素子を有する第２の光源と、  前記第１の光源から出射した第１の光を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタと、  前記回転リフレクタで反射された第１の光を光学ユニットの光照射方向に第１の配光パターンとして投影する投影レンズと、  前記第２の光源から出射した第２の光の光路を前記回転リフレクタに向かわないように変化させて前記投影レンズに向かわせる光学部材と、を備え、  前記投影レンズは、前記第１の配光パターンの左右方向の外側領域を照射するように、前記第２の光を光学ユニットの光照射方向に第２の配光パターンとして投影するように構成されており、  前記光学部材は、前記複数の発光素子のそれぞれが発する各素子光により形成される部分配光パターンが重畳することで前記第２の配光パターンが形成されるように構成されていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項７】
前記光学部材は、前記複数の発光素子のそれぞれが発する各素子光の光路を別々に制御する光制御面を有することを特徴とする請求項６に記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記光制御面は、  前記複数の発光素子の一方から出射した第２の光が入射する第１の光制御面と、  前記第１の光制御面と異なる、前記複数の発光素子の他方から出射した第２の光が入射する第２の光制御面と、を含む入射面を有することを特徴とする請求項７に記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記第１の光制御面および前記第２の光制御面は、上下方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光学ユニット。
【請求項１０】
前記光制御面は、前記第１の光制御面から入射した第２の光と前記第２の光制御面から入射した第２の光とが共に出射する連続した第３の光制御面としての出射面を有する請求項８または９に記載の光学ユニット。
【請求項１１】
前記第２の光源は、前記光学部材を透過した第２の光が、前記第１の光が前記投影レンズに入射する領域よりも外側の領域に入射するように配置されていることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項１２】
複数の発光素子を有する光源と、  前記光源から出射した光を光学ユニットの光照射方向に配光パターンとして投影する第１のレンズと、  前記光源から出射した光の光路を前記第１のレンズに向かわせる第２のレンズと、を備え、  前記第２のレンズは、前記複数の発光素子のそれぞれが発する各素子光により形成される部分配光パターンが重畳することで前記配光パターンが形成されるように構成されていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項１３】
複数の発光素子がアレイ状に配列されている光源と、  前記複数の発光素子のそれぞれに対応する複数の第１のレンズを有し、前記光源から出射した光を集光する光学部材と、  前記光学部材を透過した光を光学ユニットの光照射方向に配光パターンとして投影する第２のレンズと、を備え、  前記複数の第１のレンズのうち少なくとも一つは、対応する前記発光素子の発光面の正面に位置する集光レンズ部と、前記発光面から斜めに出射した光が入射し該第１のレンズの正面に向けて出射することで該第１のレンズの発光領域を拡張する拡張レンズ部を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項１４】
前記拡張レンズ部は、フレネルレンズであることを特徴とする請求項１３に記載の光学ユニット。
【請求項１５】
前記拡張レンズ部は、入射した光を第１のレンズの正面に向けて全反射する反射面を有することを特徴とする請求項１３に記載の光学ユニット。
【請求項１６】
前記光学部材を透過した光を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタを更に備え、  前記回転リフレクタは、前記第１のレンズの発光領域のパターンを反射し走査することで前記配光パターンの一部を形成することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項１７】
前記第１のレンズの発光領域のうち前記拡張レンズ部に相当する部分のパターンを反射し走査することで前記配光パターンの上部領域を形成することを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項１８】
前記光学部材は、前記第２のレンズの焦点近傍に、前記第１のレンズの発光領域または該発光領域の虚像が位置するように構成されていることを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項１９】
発光素子を有する光源と、  前記発光素子に対応し、該発光素子から出射した光を集光する第１のレンズと、  前記第１のレンズを透過した光を光学ユニットの光照射方向に配光パターンとして投影する第２のレンズと、を備え、  前記第１のレンズは、対応する前記発光素子の発光面の正面に位置する集光レンズ部と、前記発光面から斜めに出射した光が入射し該第１のレンズの正面に向けて出射することで第１のレンズの発光領域を拡張する拡張レンズ部を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項２０】
複数の発光素子がアレイ状に配列されている光源と、  前記複数の発光素子のそれぞれに対応する複数の第１のレンズを有し、前記光源から出射した光を集光する光学部材と、  前記光学部材を透過した光を光学ユニットの光照射方向に配光パターンとして投影する第２のレンズと、を備え、  前記複数の第１のレンズのうち少なくとも一つは、対応する前記発光素子が発する光が隣接する他の第１のレンズにそのまま入射しないように、該発光素子が発する光の光路を変更する光路変更部を有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項２１】
前記光路変更部は、入射した光を前記隣接する他の第１のレンズの出射面に向けて全反射する反射面を有することを特徴とする請求項２０に記載の光学ユニット。
【請求項２２】
前記光路変更部は、前記隣接する他の第１のレンズの出射面から出射した光が前記第２のレンズに向かわないように、前記反射面が構成されていることを特徴とする請求項２１に記載の光学ユニット。
【請求項２３】
前記光路変更部は、前記発光素子の発光面から対応する前記第１のレンズに向かわずに前記隣接する他の第１のレンズに向かって斜めに出射する光が入射する入射部を有することを特徴とする請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項２４】
前記光学部材を透過した光を前記第２のレンズに向かうように反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタを更に備え、  前記光源は、前記発光素子の発光面の鉛直方向と前記第２のレンズの光軸とが交差するように配置されており、  前記回転リフレクタは、前記回転軸が前記発光面の鉛直方向および前記光軸に対して斜めになるように配置されており、  前記光学部材は、前記複数の発光素子と前記回転リフレクタとの間に配置されており、  前記光路変更部は、前記隣接する他の第１のレンズの出射面から出射した光が前記第２のレンズと前記回転リフレクタとの間の隙間領域に向かうように構成されていることを特徴とする請求項２０乃至２３のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光学ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、光源から出射した光を車両前方に反射し、その反射光で車両前方の領域を走査することで所定の配光パターンを形成する装置が考案されている。例えば、光源から出射した光を反射しながら回転軸を中心に一方向に回転する回転リフレクタと、発光素子からなる光源と、を備え、回転リフレクタは、回転しながら反射した光源の光が所望の配光パターンを形成するよう反射面が設けられている光学ユニットが知られている（特許文献１参照）。【０００３】  この光学ユニットは、第１の光源と、第２の光源と、第１の光源から出射した第１の光を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタと、回転リフレクタで反射された第１の光を光学ユニットの光照射方向に投影する投影レンズと、を備える。第２の光源は、出射した第２の光が回転リフレクタで反射されずに投影レンズに入射するように配置されており、投影レンズは、第２の光を光学ユニットの光照射方向に投影する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−６７５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  （１）ところで、前述の光学ユニットが形成するハイビーム用配光パターンは、集光配光パターンと、拡散配光パターンとが合成されたものである。そのため、拡散配光パターンが集光配光パターンと重複している領域の境界が目立つ可能性がある。【０００６】  （２）また、前述の光学ユニットが形成するハイビーム用配光パターンは、集光配光パターンと、拡散配光パターンとが合成されたものである。拡散配光パターンは、主として集光配光パターンの外側領域を照射することで、ハイビーム用配光パターンの照射領域を広げることができる。【０００７】  （３）また、前述の光学ユニットが有する第１の光源は、アレイ状に配列された複数の発光モジュールを備えており、各発光モジュールの発光面側には、各発光面に対応する複数のレンズ部からなる集光用レンズが配置されている。また、前述の光学ユニットが形成する集光配光パターンは、集光用レンズの発光面（光出射面）のパターンに対応しているため、照射領域を広げるためには集光用レンズの発光面自体を広げる必要がある。【０００８】  （４）また、前述の光学ユニットが有する第１の光源は、アレイ状に配列された複数の発光モジュールを備えており、各発光モジュールの発光面側には、各発光面に対応する複数のレンズ部からなる集光用レンズが配置されている。【０００９】  しかしながら、複数のレンズ部が互いに近接しているため、発光モジュールから出射する光の一部が隣接する発光モジュールに対応するレンズ部へ入射することでグレアが発生する一因となる。【００１０】  本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、（１）その例示的な目的のひとつは、違和感の少ない配光パターンの形成に寄与する新たな技術を提供することにある。【００１１】  （２）また、その例示的な目的の他のひとつは、配光パターンの照射領域を広げつつ、最大光度を高めることが可能な新たな技術を提供することにある。【００１２】  （３）また、その例示的な目的の他のひとつは、光学部材の構成を工夫することで配光パターンの照射領域を広げることである。【００１３】  （４）また、その例示的な目的の他のひとつは、グレアの発生を抑える新たな光学部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  （１）上記課題を解決するために、本発明のある態様の光学ユニットは、第１の光源と、第２の光源と、第１の光源から出射した第１の光を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタと、回転リフレクタで反射された第１の光を光学ユニットの光照射方向に第１の配光パターンとして投影する投影レンズと、を備える。第２の光源は、出射した第２の光が回転リフレクタで反射されずに投影レンズに入射するように配置されている。投影レンズは、第１の配光パターンの左右方向の端部と重畳するように、第２の光を光学ユニットの光照射方向に第２の配光パターンとして投影するように構成されており、第２の光を主として左右方向に拡散する左右拡散部が該投影レンズの一部に形成されている。【００１５】  この態様によると、第１の配光パターンの左右方向の端部と重畳する第２の配光パターンとして投影される第２の光が、投影レンズの一部に形成されている左右拡散部で左右方向に拡散されるので、第１の配光パターンと第２の配光パターンとが重畳する部分の境界が目立たなくなる。【００１６】  投影レンズは、第１の光が入射する第１の入射領域と第２の光が入射する第２の入射領域とを含む入射面を有してもよい。第２の入射領域は、左右拡散部が形成されていてもよい。これにより、第１の配光パターンと第２の配光パターンとで拡散具合を異ならせることができる。【００１７】  左右拡散部は、第２の入射領域よりも面積が狭い。これにより、第２の入射領域の全てに左右拡散部を形成した場合と比較して、拡散による第２の配光パターンの光度の低下を抑制できる。【００１８】  投影レンズは、第１の光および第２の光が出射する出射面を更に有してもよい。出射面は、第１の光および第２の光を主として上下方向に拡散する上下拡散部が形成されていてもよい。このように、上下拡散部を出射面に、左右拡散部を入射面に別々に形成することで、光が通過する領域毎に上下左右の拡散具合を異ならせることができる。【００１９】  第１の入射領域は、非拡散部であってもよい。これにより、第１の配光パターンは上下方向にのみ拡散させることができる。【００２０】  （２）本発明のある態様の光学ユニットは、第１の光源と、複数の発光素子を有する第２の光源と、第１の光源から出射した第１の光を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタと、回転リフレクタで反射された第１の光を光学ユニットの光照射方向に第１の配光パターンとして投影する投影レンズと、第２の光源から出射した第２の光の光路を回転リフレクタに向かわないように変化させて投影レンズに向かわせる光学部材と、を備える。投影レンズは、第１の配光パターンの左右方向の外側領域を照射するように、第２の光を光学ユニットの光照射方向に第２の配光パターンとして投影するように構成されており、光学部材は、複数の発光素子のそれぞれが発する各素子光により形成される部分配光パターンが重畳することで第２の配光パターンが形成されるように構成されている。【００２１】  この態様によると、第２の配光パターンの最大光度を高めることができる。【００２２】  光学部材は、複数の発光素子のそれぞれが発する各素子光の光路を別々に制御する光制御面を有してもよい。これにより、一つの光学部材で複数の発光素子の光路を別々に制御できる。【００２３】  光制御面は、複数の発光素子の一方から出射した第２の光が入射する第１の光制御面と、第１の光制御面と異なる、複数の発光素子の他方から出射した第２の光が入射する第２の光制御面と、を含む入射面を有してもよい。これにより、複数の発光素子から出射した各光の光路を別々に制御できる。なお、第１の光制御面と第２の光制御面は、一部が重複していてもよい。【００２４】  第１の光制御面および第２の光制御面は、上下方向に並んで配置されていてもよい。これにより、例えば、光学ユニットの幅を抑えることができる。【００２５】  光制御面は、第１の光制御面から入射した第２の光と第２の光制御面から入射した第２の光とが共に出射する連続した第３の光制御面としての出射面を有してもよい。これにより、第１の光制御面から入射した第２の光も第２の光制御面から入射した第２の光も、共通の出射面である第３の光制御面から出射するため、出射面の設計が容易となる。【００２６】  第２の光源は、光学部材を透過した第２の光が、第１の光が投影レンズに入射する領域よりも外側の領域に入射するように配置されていてもよい。これにより、第２の配光パターンは、第１の配光パターンの左右方向の外側領域に投影される。【００２７】  本発明の別の態様もまた、光学ユニットである。この光学ユニットは、複数の発光素子を有する光源と、光源から出射した光を光学ユニットの光照射方向に配光パターンとして投影する第１のレンズと、光源から出射した光の光路を第１のレンズに向かわせる第２のレンズと、を備える。第２のレンズは、複数の発光素子のそれぞれが発する各素子光により形成される部分配光パターンが重畳することで配光パターンが形成されるように構成されている。【００２８】  この態様によると、発光素子の性能を向上しなくても配光パターンの最大光度を高めることができる。【００２９】  （３）本発明のある態様の光学ユニットは、複数の発光素子がアレイ状に配列されている光源と、複数の発光素子のそれぞれに対応する複数の第１のレンズを有し、光源から出射した光を集光する光学部材と、光学部材を透過した光を光学ユニットの光照射方向に配光パターンとして投影する第２のレンズと、を備える。複数の第１のレンズのうち少なくとも一つは、対応する発光素子の発光面の正面に位置する集光レンズ部と、発光面から斜めに出射した光が入射し該第１のレンズの正面に向けて出射することで該第１のレンズの発光領域を拡張する拡張レンズ部を有する。【００３０】  この態様によると、拡張レンズ部により第１のレンズの発光領域が拡張するため、配光パターンの照射領域を広げることができる。【００３１】  拡張レンズ部は、フレネルレンズであってもよい。これにより、拡張レンズ部を薄くできる。【００３２】  拡張レンズ部は、入射した光を第１のレンズの正面に向けて全反射する反射面を有してもよい。これにより、発光面から水平方向により近い方向に出射した光も第１のレンズの正面に向けて出射できる。【００３３】  光学部材を透過した光を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタを更に備えてもよい。回転リフレクタは、��１のレンズの発光領域のパターンを反射し走査することで配光パターンの一部を形成してもよい。これにより、配光パターンの照射領域をより広げることができる。【００３４】  第１のレンズの発光領域のうち拡張レンズ部に相当する部分のパターンを反射し走査することで配光パターンの上部領域を形成してもよい。これにより、配光パターンの鉛直方向の領域が広がる。【００３５】  光学部材は、第２のレンズの焦点近傍に、第１のレンズの発光領域または該発光領域の虚像が位置するように構成されていてもよい。これにより、第１のレンズの発光領域が光源として第２のレンズの前方に投影される。【００３６】  本発明の別の態様もまた、光学ユニットである。この光学ユニットは、発光素子を有する光源と、発光素子に対応し、該発光素子から出射した光を集光する第１のレンズと、第１のレンズを透過した光を光学ユニットの光照射方向に配光パターンとして投影する第２のレンズと、を備える。第１のレンズは、対応する発光素子の発光面の正面に位置する集光レンズ部と、発光面から斜めに出射した光が入射し該第１のレンズの正面に向けて出射することで第１のレンズの発光領域を拡張する拡張レンズ部を有する。【００３７】  この態様によると、拡張レンズ部により第１のレンズの発光領域が拡張するため、配光パターンの照射領域を広げることができる。【００３８】  （４）本発明のある態様の光学ユニットは、複数の発光素子がアレイ状に配列されている光源と、複数の発光素子のそれぞれに対応する複数の第１のレンズを有し、光源から出射した光を集光する光学部材と、光学部材を透過した光を光学ユニットの光照射方向に配光パターンとして投影する第２のレンズと、を備える。複数の第１のレンズのうち少なくとも一つは、対応する発光素子が発する光が隣接する他の第１のレンズにそのまま入射しないように、該発光素子が発する光の光路を変更する光路変更部を有する。【００３９】  この態様によると、発光素子が発する光が対応する第１のレンズではない隣接する他の第１のレンズにそのまま入射しにくくなる。そのため、発光素子が発する光が隣接する他の第１のレンズにそのまま入射した場合に生じ得るグレアの発生を抑制できる。【００４０】  光路変更部は、入射した光を隣接する他の第１のレンズの出射面に向けて全反射する反射面を有してもよい。これにより、隣接する他の第１のレンズの出射面から出射する光の光路を変更できる。【００４１】  光路変更部は、隣接する他の第１のレンズの出射面から出射した光が第２のレンズに向かわないように、反射面が構成されていてもよい。これにより、隣接する他の第１のレンズから出射した光が第２のレンズで投影されてグレアが発生することが抑制される。【００４２】  光路変更部は、発光素子の発光面から対応する第１のレンズに向かわずに隣接する他の第１のレンズに向かって斜めに出射する光が入射する入射部を有してもよい。入射部は、第１のレンズの発光素子と対向する側に突出した突起部であってもよい。突起部は、隣接する第１のレンズ同士の間の領域に設けられていてもよい。これにより、発光素子の発光面から隣接する他の第１のレンズに向かって斜めに出射する光が入射しやすくなる。【００��３】  光学部材を透過した光を第２のレンズに向かうように反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタを更に備えてもよい。光源は、発光素子の発光面の鉛直方向と第２のレンズの光軸とが交差するように配置されており、回転リフレクタは、回転軸が発光面の鉛直方向および光軸に対して斜めになるように配置されており、光学部材は、複数の発光素子と回転リフレクタとの間に配置されており、光路変更部は、隣接する他の第１のレンズの出射面から出射した光が第２のレンズと回転リフレクタとの間の隙間領域に向かうように構成されていてもよい。これにより、光路変更部によって光路が変更された光は、第２のレンズによって前方へ投影されなくなり、前方でのグレアの発生が抑制される。【００４４】  なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００４５】  （１）本発明によれば、違和感の少ない配光パターンを形成できる新たな光学ユニットを提供することができる。あるいは、（２）本発明によれば、配光パターンの最大光度を高めることができる。あるいは、（３）本発明によれば、配光パターンの照射領域を広げることができる。あるいは、（４）本発明によれば、グレアの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面概要図である。
【図２】本実施の形態に係る車両用前照灯の正面図である。
【図３】本実施の形態に係る光学ユニットにおける出射光の光路を模式的に示した図である。
【図４】本実施の形態に係る光学ユニットにより形成される配光パターンの模式図である。
【図５】本実施の形態に係る凸レンズの斜視図である。
【図６】図５に示す凸レンズの出射面側から見た正面図である。
【図７】図５に示す凸レンズの入射面側から見た背面図である。
【図８】本実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面概要図である。
【図９】本実施の形態に係る車両用前照灯の正面図である。
【図１０】本実施の形態に係る光学ユニットにおける出射光の光路を模式的に示した図である。
【図１１】図１０の矢印Ｂ方向から見た模式図である。
【図１２】本実施の形態に係る光学ユニットにより形成された配光パターンの模式図である。
【図１３】本実施の形態に係る回路基板の上面図である。
【図１４】本実施の形態に係る光学部材の斜視図である。
【図１５】本実施の形態に係る光学部材の正面図である。
【図１６】本実施の形態に係る光学部材の背面図である。
【図１７】図１５に示す光学部材をＢ方向から見た側面図である。
【図１８】図１８（ａ）は、図１５に示す光学部材をＣ方向から見た側面図、図１８（ｂ）は、図１５に示す光学部材をＤ方向から見た側面図である。
【図１９】図１５に示す光学部材のＥ−Ｅ断面図である。
【図２０】図２０（ａ）は、本実施の形態に係る第１の光源の発光領域が回転リフレクタが静止した状態で反射投影された照射範囲を示す模式図、図２０（ｂ）は、本実施の形態に係る光学ユニットにより形成された配光パターンの模式図である。
【図２１】本実施の形態の変形例に係る集光用レンズの要部断面図である。
【図２２】本実施の形態に係る光学部材の斜視図である。
【図２３】本実施の形態に係る光学部材の上面図である。
【図２４】本実施の形態に係る光学部材の背面図である。
【図２５】図２３に示す光学部材のＢ−Ｂ断面を示す模式図である。
【図２６】本実施の形態に係る発光素子から光学部材に向けて斜めに出射した光の光路を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】  以下、本発明を実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述される全ての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００４８】  ［第１の実施の形態］  本実施の形態に係るレンズユニットを有する光学ユニットは、種々の車両用灯具に用いることができる。はじめに、後述する実施の形態に係る光学ユニットを搭載可能な車両用前照灯の概略について説明する。
【００４９】  （車両用前照灯）  図１は、本実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面概要図である。図２は、本実施の形態に係る車両用前照灯の正面図である。なお、図２においては、一部の部品を省略してある。
【００５０】  本実施の形態に係る車両用前照灯１０は、自動車の前端部の右側に搭載される右側前照灯であり、左側に搭載される前照灯と左右対称である以外は同じ構造である。そのため、以下では、右側の車両用前照灯１０について詳述し、左側の車両用前照灯については説明を省略する。
【００５１】  図１に示すように、車両用前照灯１０は、前方に向かって開口した凹部を有するランプボディ１２を備えている。ランプボディ１２は、その前面開口が透明な前面カバー１４によって覆われて灯室１６が形成されている。灯室１６は、一つの光学ユニット１８が収容される空間として機能する。光学ユニット１８は、可変ハイビームを照射できるように構成されたランプユニットである。可変ハイビームとは、ハイビーム用の配光パターンの形状を変化させるように制御されているものをいい、例えば、配光パターンの一部に非照射領域（遮光部）を生じさせることができる。ここで、配光パターンとは、例えば、灯具が灯具前方２５〜５０ｍに設置したスクリーン（仮想スクリーン）上に形成する照射領域である。
【００５２】  本実施の形態に係る光学ユニット１８は、第１の光源２０と、第１の光源２０から出射した第１の光Ｌ１の光路を変化させて回転リフレクタ２２のブレード２２ａに向かわせる１次光学系（光学部材）としての集光用レンズ２４と、第１の光Ｌ１を反射しながら回転軸Ｒを中心に回転する回転リフレクタ２２と、回転リフレクタ２２で反射された第１の光Ｌ１を光学ユニットの光照射方向（図１右方向）に投影する投影レンズとしての凸レンズ２６と、第１の光源２０と凸レンズ２６との間に配置された第２の光源２８と、第２の光源２８から出射した第２の光Ｌ２の光路を変化させて凸レンズ２６に向かわせる１次光学系（光学部材）としての拡散用レンズ３０と、第１の光源２０および第２の光源２８を搭載したヒートシンク３２と、を備える。
【００５３】  各光源には、ＬＥＤ、ＥＬ、ＬＤなどの半導体発光素子が用いられる。本実施の形態に係る第１の光源２０は、回路基板３３上に、複数のＬＥＤ２０ａがアレイ状に配置されている。各ＬＥＤ２０ａは個別に点消灯可能に構成されている。
【００５４】  本実施の形態に係る第２の光源２８は、２つのＬＥＤ２８ａがアレイ状に水平方向に並んで配置されており、各ＬＥＤ２８ａは個別に点消灯可能に構成されている。また、第２の光源２８は、第２の光Ｌ２が回転リフレクタ２２で反射されずに凸レンズ２６に入射するように配置されている。これにより、第２の光源２８から出射した第２の光Ｌ２は、回転リフレクタ２２で反射されることを考慮せずに光学特性を選択できる。そのため、例えば、第２の光源２８から出射した光を拡散用レンズ３０で拡散させてから凸レンズ２６に入射させることで、より広い範囲を照射できるため、第２の光源２８を車両外側の領域を照射する光源として用いることができる。
【００５５】  回転リフレクタ２２は、モータ３４などの駆動源により回転軸Ｒを中心に一方向に回転する。また、回転リフレクタ２２は、形状の同じ２枚のブレード２２ａが筒状の回転部２２ｂの周囲に設けられている。ブレード２２ａは、第１の光源２０から出射した光を回転しながら反射した光で前方を走査し、所望の配光パターンを形成するように構成された反射面として機能する。
【００５６】  回転リフレクタ２２の回転軸Ｒは、光軸Ａｘに対して斜めになっており、光軸Ａｘと第１の光源２０とを含む平面内に設けられている。換言すると、回転軸Ｒは、回転によって左右方向に走査するＬＥＤ２０ａの光（照射ビーム）の走査平面に略平行に設けられている。これにより、光学ユニットの薄型化が図られる。ここで、走査平面とは、例えば、走査光であるＬＥＤ２０ａの光の軌跡を連続的につなげることで形成される扇形の平面ととらえることができる。
【００５７】  凸レンズ２６の形状は、要求される配光パターンや照度分布などの配光特性に応じて適宜選択すればよいが、非球面レンズや自由曲面レンズを用いることも可能である。例えば、本実施の形態に係る凸レンズ２６は、各光源や回転リフレクタ２２の配置を工夫することで、外周の一部が鉛直方向に切り欠かれた切り欠き部２６ａを形成することが可能となっている。そのため、光学ユニット１８の車幅方向の大きさを抑えることができる。
【００５８】  また、切り欠き部２６ａが存在することで、回転リフレクタ２２のブレード２２ａが凸レンズ２６に干渉しにくくなり、凸レンズ２６と回転リフレクタ２２とを近づけることができる。また、前方から車両用前照灯１０を見た場合に、凸レンズ２６の外周に非円形（直線）の部分が形成されていることで、車両の正面から見て曲線と直線を組み合わせた外形のレンズを有する斬新な意匠の車両用前照灯を実現できる。
【００５９】  （配光パターン）  図３は、本実施の形態に係る光学ユニットにおける出射光の光路を模式的に示した図である。図４は、本実施の形態に係る光学ユニットにより形成される配光パターンの模式図である。
【００６０】  図３に示すように、本実施の形態に係る光学ユニット１８の第１の光源２０から出射した第１の光Ｌ１は、回転軸Ｒを中心に回転する回転リフレクタ２２で反射される。回転リフレクタ２２のブレード２２ａの反射面２２ｄは、回転軸Ｒを中心とする周方向に向かうにつれて、光軸Ａｘと該反射面とが成す角が変化するように捩られた形状を有している。これにより、ブレード２２ａは、第１の光源２０から出射した光を回転しながら反射した第１の光で前方を走査し、所望の第１の配光パターンＰ１’，Ｐ１”を形成するように構成された反射面として機能する。
【００６１】  図４に示す配光パターンＰ１’は、第１の光源２０が有する一部のＬＥＤ２０ａから出射した光が走査されることで形成されており、配光パターンＰ１”は、第１の光源２０が有する他のＬＥＤ２０ａから出射した光が走査されることで形成されている。
【００６２】  また、第２の光源２８から出射した第２の光Ｌ２は、回転リフレクタ２２で反射されずに凸レンズ２６の端部（光軸Ａｘから離れた領域）に入射する。凸レンズ２６の端部の出射面の法線は、光軸Ａｘに対して大きく傾いている。そのため、凸レンズ２６の端部を通過する第２の光Ｌ２は大きく屈折し、図４に示すように、第１の配光パターンＰ１’，Ｐ１”（以下、適宜「第１の配光パターンＰ１」と称する場合がある。）の左側に第２の配光パターンＰ２を形成する。
【００６３】  このように、本実施の形態に係る光学ユニット１８は、第１の配光パターンＰ１と第２の配光パターンＰ２とを重畳することで、ハイビーム用配光パターンＰＨを形成している。このように、複数の光源（発光素子）から出射した光で配光パターンを形成する場合、以下の問題を考慮する必要がある。
【００６４】  （１）第１の光源２０が有する複数のＬＥＤ２０ａによって、第１の光Ｌ１の走査方向（図４に示す矢印Ｄ１）と交差する方向（Ｖ−Ｖ線の方向）に複数の配光パターンＰ１’，Ｐ１”が形成される場合、ＬＥＤ２０ａ間の隙間の非発光部が暗部として投影される。
【００６５】  （２）第２の配光パターンＰ２は、第２の光源２８の光源像がそのまま投影されたものであるため、配光パターンの境界が明りょうである。そのため、第２の配光パターンＰ２が第１の配光パターンＰ１と重複する領域では、第２の配光パターンＰ２の境界が目立つため、ドライバに違和感を与えるおそれがある。
【００６６】  （投影レンズ）  本願発明者は、（１）、（２）の現象のいずれについても、各配光パターンを拡散させる（ぼかす）ことで緩和することが一案であることを見いだし、それを実現するための構成として投影レンズに着目した。
【００６７】  そこで、本実施の形態に係る投影レンズについて説明する。図５は、本実施の形態に係る凸レンズ２６の斜視図である。図６は、図５に示す凸レンズ２６の出射面側から見た正面図である。図７は、図５に示す凸レンズ２６の入射面側から見た背面図である。
【００６８】  凸レンズ２６は、凸状の出射面２６ｂと、ほぼ平坦な入射面２６ｃと、を有する。凸レンズ２６は、前述のように、第１の配光パターンＰ１の左右方向の端部と重畳するように、第２の配光パターンＰ２を投影する。そして、第２の光Ｌ２を主として左右方向（図６や図７に示す凸レンズ２６の左右方向）に拡散する左右拡散部３６が凸レンズ２６の一部に形成されている。
【００６９】  本実施の形態に係る左右拡散部３６は、凸レンズ２６の入射面２６ｃのうち、第２の光源２８から出射する第２の光Ｌ２が入射するいわゆる拡散用ステップであり、ステップのピッチは３〜５ｍｍ程度である。なお、本実施の形態に係る左右拡散部３６は、入射面２６ｃに形成された拡散用ステップであるが、凸レンズ２６の内部に左右拡散部が形成されていてもよい。また、左右拡散部３６は、拡散用ステップ以外の形状として、入射面２６ｃの所定領域にウェーブやシボ等を形成してもよい。
【００７０】  これにより、第１の配光パターンＰ１の左右方向の端部と重畳する第２の配光パターンＰ２として投影される第２の光Ｌ２が、凸レンズ２６の一部に形成されている左右拡散部３６で左右方向に拡散されるので、第１の配光パターンＰ１と第２の配光パターンＰ２とが重畳する部分における第２の配光パターンＰ２の境界が目立たなくなる。
【００７１】  凸レンズ２６の入射面２６ｃは、第１の光Ｌ１が入射する第１の入射領域Ｒ１と第２の光Ｌ２が入射する第２の入射領域Ｒ２とを有する。本実施の形態に係る第２の入射領域Ｒ２は、左右拡散部３６が形成されているが、第１の入射領域Ｒ１は、左右拡散部が形成されていない。これにより、第１の配光パターンＰ１と第２の配光パターンＰ２とで拡散具合を異ならせることができる。また、本実施の形態に係る第１の入射領域Ｒ１は、非拡散部であり、第１の配光パターンＰ１は上下方向にのみ拡散させることができる。
【００７２】  また、本実施の形態に係る左右拡散部３６は、第２の入射領域Ｒ２よりも面積が狭い一部の領域に形成されている。これにより、第２の入射領域Ｒ２の全てに左右拡散部を形成した場合と比較して、拡散による第２の配光パターンＰ２の光度の低下を抑制できる。
【００７３】  凸レンズ２６の出射面２６ｂは、第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２が出射する。また、出射面２６ｂは、第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２を主として上下方向に拡散する上下拡散部３８が全面にわたって形成されている。これにより、第１の配光パターンＰ１全体が上下方向に拡散することで、第１の配光パターンＰ１’および第１の配光パターンＰ１”との間の暗部３９を目立たなくすることができる。
【００７４】  本実施の形態に係る上下拡散部３８は、凸レンズ２６の出射面２６ｂの全面にわたって形成されており、第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２が出射するいわゆる拡散用ステップであり、ステップのピッチは１〜３ｍｍ程度である。なお、本実施の形態に係る上下拡散部３８は、出射面２６ｂに形成された拡散用ステップであるが、凸レンズ２６の内部に上下拡散部が形成されていてもよい。また、上下拡散部３８は、拡散用ステップ以外の形状として、出射面２６ｂの所定領域にウェーブやシボ等を形成してもよい。
【００７５】  また、本実施の形態に係る凸レンズ２６は、上下拡散部３８を出射面２６ｂに、左右拡散部３６を入射面２６ｃに別々に形成することで、光が通過する領域毎に上下左右の拡散具合を異ならせることができる。また、第１の光Ｌ１は、上下拡散部３８により上下方向にのみ拡散し、左右方向には拡散されないので、拡散による第１の配光パターンＰ１の光度の低下を抑制できる。
【００７６】  ［第２の実施の形態］  （車両用前照灯）  図８は、本実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面概要図である。図９は、本実施の形態に係る車両用前照灯の正面図である。なお、図９においては、一部の部品を省略してある。また、図８及び図９に示す本実施の形態に係る車両用前照灯は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯と比較して、第２の光源２８における２つのＬＥＤ２８ａがアレイ状に鉛直方向に並んで配置されている点が異なる。したがって、図８及び図９に示す車両用前照灯の詳細な説明は省略する。  （配光パターン）  図１０は、本実施の形態に係る光学ユニットにおける出射光の光路を模式的に示した図である。図１１は、図１０の矢印Ｂ方向から見た模式図である。図１２は、本実施の形態に係る光学ユニットにより形成された配光パターンの模式図である。
【００７７】  図１０に示すように、本実施の形態に係る光学ユニット１８の第１の光源２０から出射した第１の光Ｌ１は、回転軸Ｒを中心に回転する回転リフレクタ２２で反射される。回転リフレクタ２２のブレード２２ａの反射面２２ｄは、回転軸Ｒを中心とする周方向に向かうにつれて、光軸Ａｘと該反射面とが成す角が変化するように捩られた形状を有している。これにより、ブレード２２ａは、第１の光源２０から出射した光を回転しながら反射した第１の光Ｌ１で前方を走査し、所望の第１の配光パターンＰ１を形成するように構成された反射面として機能する。図１２に示す配光パターンＰ１は、第１の光源２０が有する一部または全部のＬＥＤ２０ａから出射した光が走査されることで形成される。
【００７８】  本実施の形態に係る第２の光源２８は、上下方向に並んだ２つのＬＥＤ２８ａの発光面の正面に拡散用レンズ３０が配置されている。第２の光源２８は、拡散用レンズ３０を透過した第２の光Ｌ２’，Ｌ２”が、第１の光Ｌ１が凸レンズ２６に入射する第１の入射領域Ｒ１よりも外側の第２の入射領域Ｒ２に入射するように配置されている。これにより、第２の配光パターンＰ２は、第１の配光パターンＰ１の左右方向の外側領域に投影される。
【００７９】  拡散用レンズ３０は、拡散配光パターンである第２の配光パターンＰ２を形成するように、各ＬＥＤ２８ａの光路を制御する光学部材である。拡散用レンズ３０は、図１１に示すように、各ＬＥＤ２８ａが発する第２の光Ｌ２’，Ｌ２”の光路を別々に制御する制御面としての入射面３０ａ及び出射面３０ｂを有している。これにより、一つの拡散用レンズ３０で複数のＬＥＤ２８ａの光路を別々に制御できる。
【００８０】  入射面３０ａは、第２の光源２８の上側に位置しているＬＥＤ２８ａから出射した第２の光Ｌ２’が入射する第１の光制御面３０ａ１と、第２の光源２８の下側に位置しているＬＥＤ２８ａから出射した第２の光Ｌ２”が入射する第２の光制御面３０ａ２と、を有する。これにより、複数のＬＥＤ２８ａから出射した第２の光Ｌ２’，Ｌ２”の光路を別々に制御できる。また、第１の光制御面３０ａ１および第２の光制御面３０ａ２は、上下方向に並んで配置されているため、例えば、光学ユニット１８の幅を抑えることができる。
【００８１】  また、本実施の形態に係る出射面３０ｂは、第１の光制御面３０ａ１から入射した第２の光Ｌ２’と第２の光制御面３０ａ２から入射した第２の光Ｌ２”とが共に出射する連続した第３の光制御面である。これにより、第１の光制御面３０ａ１から入射した第２の光Ｌ２’も第２の光制御面３０ａ２から入射した第２の光Ｌ２”も、共通の出射面３０ｂである第３の光制御面から出射するため、出射面３０ｂの設計が容易となる。
【００８２】  また、第２の光源２８から出射した第２の光Ｌ２’，Ｌ２”は、回転リフレクタ２２で反射されずに凸レンズ２６の端部（光軸Ａｘから離れた領域）に入射する。凸レンズ２６の端部の出射面の法線は、光軸Ａｘに対して大きく傾いている。そのため、凸レンズ２６の端部を通過する第２の光Ｌ２’，Ｌ２”は大きく屈折し、図１２に示すように、第１の配光パターンＰ１の左側に第２の配光パターンＰ２（Ｐ２’，Ｐ２”）を形成する。
【００８３】  第２の配光パターンＰ２の一部を構成する部分配光パターンＰ２’は、第２の光源２８の上側に配置されているＬＥＤ２８ａから出射した第２の光Ｌ２’が走査されることで形成されている。また、第２の配光パターンＰ２の他部を構成する部分配光パターンＰ２”は、第２の光源２８の下側に配置されているＬＥＤ２８ａから出射した第２の光Ｌ２”が走査されることで形成されている。
【００８４】  このように、本実施の形態に係る光学ユニット１８は、回転リフレクタ２２で反射された第１の光Ｌ１を光学ユニットの光照射方向（前方）に第１の配光パターンＰ１として投影する凸レンズ２６と、第２の光源２８から出射した第２の光Ｌ２’，Ｌ２”の光路を回転リフレクタ２２に向かわないように変化させて凸レンズ２６に向かわせる拡散用レンズ３０と、を備える。
【００８５】  凸レンズ２６は、第１の配光パターンＰ１の左右方向の外側領域を照射するように、第２の光Ｌ２’，Ｌ２”を光学ユニットの光照射方向（前方）に第２の配光パターンＰ２として投影する。拡散用レンズ３０は、複数のＬＥＤ２８ａのそれぞれが発する各素子光により形成される部分配光パターンＰ２’，Ｐ２”が重畳することで第２の配光パターンＰ２が形成されるように構成されている。
【００８６】  これにより、第２の配光パターンＰ２の、部分配光パターンＰ２’，Ｐ２”が重畳する部分（Ｈ−Ｈ線の１０°近傍）において、最大光度を高めることができる。このように、本実施の形態に係る拡散用レンズ３０は、第２の光源２８が有する複数のＬＥＤ２８ａの光源像をそのまま投影するのではなく、各ＬＥＤ２８ａの投影像が重なるようにレンズ面が設計されている。
【００８７】  （変形例）  上述の実施の形態に係る光学ユニット１８は、第１の光源２０および回転リフレクタ２２を備えているが、これらを備えない光学ユニットであってもよい。例えば、変形例に係る光学ユニットは、複数のＬＥＤ２８ａを有する第２の光源２８と、第２の光源２８から出射した光を光学ユニットの光照射方向に配光パターンとして投影する凸レンズ２６と、第２の光源２８から出射した第２の光Ｌ２’，Ｌ２”の光路を凸レンズ２６に向かわせる拡散用レンズ３０と、を備える。拡散用レンズ３０は、複数のＬＥＤ２８ａのそれぞれが発する各素子光により形成される部分配光パターンＰ２’，Ｐ２”が重畳することで第２の配光パターンＰ２が形成されるように構成されている。これにより、ＬＥＤ２８ａの性能を向上しなくても第２の配光パターンＰ２の最大光度を高めることができる。
【００８８】  ［第３の実施の形態］  （第１の光源）  次に、第１の光源が備える複数の半導体発光素子のレイアウトについて説明する。図１３は、本実施の形態に係る回路基板の上面図である。本実施の形態に係る回路基板３３は、ハイビーム用配光パターンのＨ−Ｈ線を含む領域を照らす８個のＬＥＤ２０ａ１（２０ａ）と、Ｈ−Ｈ線より上方の領域を照らす２個のＬＥＤ２０ａ２（２０ａ）と、が実装されている。なお、図１３に示す上下前後の方向は、車両用前照灯１０の光軸Ａｘ方向を前方向としている。
【００８９】  （光学部材）  次に、本実施の形態に係る光学部材について説明する。図１４は、本実施の形態に係る光学部材の斜視図である。図１５は、本実施の形態に係る光学部材の正面図である。図１６は、本実施の形態に係る光学部材の背面図である。図１７は、図１５に示す光学部材をＢ方向から見た側面図である。図１８（ａ）は、図１５に示す光学部材をＣ方向から見た側面図、図１８（ｂ）は、図１５に示す光学部材をＤ方向から見た側面図である。なお、図１５に示す上下前後の方向は、車両用前照灯１０の光軸Ａｘ方向を前方向としている。
【００９０】  本実施の形態に係る光学部材４０は、裏側２４ａから入射した光を制御して表側２４ｂから出射する光学制御部としての集光用レンズ２４と、集光用レンズ２４に隣接する板状の基部４２と、を有する。集光用レンズ２４は、８個のＬＥＤ２０ａ１からそれぞれ出射した光に対応する８個のレンズ部２４ｃ１と、２個のＬＥＤ２０ａ２からそれぞれ出射した光に対応する２個のレンズ部２４ｃ２と、を有する。なお、光を制御するとは、例えば、ある所望のパターンや方向、領域へ光を向かわせることである。
【００９１】  本実施の形態に係るＬＥＤ２０ａの発光面と集光用レンズ２４の入射面との間隔は０．２〜１ｍｍ程度、好ましくは、０．２〜０．５ｍｍ程度である。また、基部４２の厚みは１ｍｍ〜５ｍｍ程度であり、好ましくは、２〜３ｍｍ程度である。また、ドーム状のレンズ部２４ｃ２の直径は２〜４ｍｍ程度である。
【００９２】  ここで、本実施の形態に係る光学部材４０におけるレンズ部２４ｃ１，２４ｃ２は、透過する光を屈折することで集光する形状である。本実施の形態に係るレンズ部２４ｃ１は、裏側２４ａおよび表側２４ｂのいずれも凸状になっている。また、レンズ部２４ｃ２は、後述する拡張レンズ部２４ｃ３を有する。また、光学制御部は、例えば、ＬＥＤ２０ａから出射した光が透過して出射する表側２４ｂの表面領域が擬似的な光源の発光面として機能する。
【００９３】  本実施の形態に係る光学部材４０は、透明な材料で構成された射出成形品であり、例えば、耐熱シリコーン、アクリル、ポリカーボネート、ガラス等を用いることができる。好ましくは、耐熱性の観点から耐熱シリコーン（耐熱温度１８０℃以上）やガラスが用いられる。また、光学部材の形状の設計自由度の観点では、型からの無理抜きが比較的容易な耐熱シリコーンがより好ましい。これにより、ある程度複雑な形状の光学部材であっても簡易な型構成や製造方法で製造できる。
【００９４】  （拡張レンズ部）  図１９は、図１５に示す光学部材のＥ−Ｅ断面図である。本実施の形態に係る光学ユニット１８は、複数のＬＥＤ２０ａ１，２０ａ２がアレイ状に配列されている第１の光源２０と、複数のＬＥＤ２０ａ１，２０ａ２のそれぞれに対応する複数のレンズ部２４ｃ１，２４ｃ２を有し、第１の光源２０から出射した光を集光する光学部材４０と、光学部材４０を透過した光を光学ユニットの光照射方向に配光パターンとして投影する凸レンズ２６と、を備える。
【００９５】  光学部材４０が備える複数のレンズのうち少なくとも一つは、対応するＬＥＤ２０ａ２の発光面の正面に位置する集光用のレンズ部２４ｃ２と、発光面から斜めに出射した光Ｌ１’が入射しレンズの正面に向けて出射することでレンズの発光領域を拡張する拡張レンズ部２４ｃ３を有する。図１９に示すように、本実施の形態に係る拡張レンズ部２４ｃ３は、フレネルレンズ化されている。これにより、拡張レンズ部２４ｃ３を薄くできる。本実施の形態に係るフレネルレンズ化された拡張レンズ部２４ｃ３は、正面視において縦が３〜５ｍｍ、横が３〜５ｍｍ、側面視において高さが３〜５ｍｍ程度である。
【００９６】  （配光パターン）  図２０（ａ）は、本実施の形態に係る第１の光源の発光領域が回転リフレクタが静止した状態で反射投影された照射範囲を示す模式図、図２０（ｂ）は、本実施の形態に係る光学ユニットにより形成された配光パターンの模式図である。
【００９７】  本実施の形態に係る光学ユニット１８は、回転リフレクタ２２の回転が停止した状態で第１の光源２０のＬＥＤ２０ａを全て点灯させると、集光用レンズ２４の８個のレンズ部２４ｃ１と２個のレンズ部２４ｃ２の表面が発光領域となる。そして、静止した回転リフレクタ２２の表面で発光領域の像が反射され、凸レンズ２６を介して前方に投影される（図２０（ａ）参照）。
【００９８】  本実施の形態に係る光学ユニット１８においては、８個のレンズ部２４ｃ１から出射されたそれぞれの光が、Ｈ−Ｈ線上に８個の矩形の照射領域Ｒ３を形成する。また、レンズ部２４ｃ２および拡張レンズ部２４ｃ３から出射されたそれぞれの光が、照射領域Ｒ３の上方に２個の矩形の照射領域Ｒ４を形成する。本実施の形態に係る拡張レンズ部２４ｃ３は、レンズ部２４ｃ２の発光領域を鉛直方向に広げているため、照射領域Ｒ４は、鉛直方向が長い矩形の領域となっている。
【００９９】  また、仮にレンズ部２４ｃしかない集光用レンズ２４の場合、車両前方のスクリーン上において、鉛直方向が＋４°程度までの範囲しか照射できない。一方、本実施の形態における拡張レンズ部２４ｃ３を有する集光用レンズ２４の場合、車両前方のスクリーン上において、鉛直方向が＋６°程度までの範囲を照射できる。このように、本実施の形態に係る光学ユニット１８は、拡張レンズ部２４ｃ３によりレンズ部２４ｃ２の発光領域が鉛直方向に拡張されているため、照射領域を広げることができる。
【０１００】  そして、回転リフレクタ２２が回転すると、照射領域Ｒ３，Ｒ４が左右方向に走査され、それぞれ部分配光パターンＰ１，Ｐ２が形成される。本実施の形態では、部分配光パターンＰ１，Ｐ２が重畳されることでハイビーム用配光パターンＰＨが形成される。
【０１０１】  このように、本実施の形態に係る回転リフレクタ２２は、集光用レンズ２４の発光領域のパターンを反射し走査することでハイビーム用配光パターンＰＨの一部または全部を形成する。
【０１０２】  本実施の形態に係る光学ユニット１８は、集光用レンズ２４の発光領域のうち拡張レンズ部２４ｃ３に相当する部分（領域Ｒ４’）のパターンを反射し走査することでハイビーム用配光パターンＰＨの上部領域Ｐ２’を形成する。これにより、ハイビーム用配光パターンＰＨの鉛直方向の照射領域をより広げることができる。
【０１０３】  なお、光学部材４０は、凸レンズ２６の焦点近傍に、集光用レンズ２４の発光領域の回転リフレクタ２２による虚像が位置するように構成されている。あるいは、光学部材４０は、凸レンズ２６の焦点近傍に、集光用レンズ２４の発光領域が位置するように構成されていてもよい。これにより、集光用レンズ２４の発光領域が光源として凸レンズ２６の前方に投影される。
【０１０４】  （変形例）  図２１は、本実施の形態の変形例に係る集光用レンズ２４の要部断面図である。図２１に示す集光用レンズ４４は、ＬＥＤ２０ａ２の正面に配置されたレンズ部２４ｃ２および拡張レンズ部２４ｃ４を有する。拡張レンズ部２４ｃ４は、ＬＥＤ２０ａ２の発光面から斜めに出射した光Ｌ１’が入射する入射部２４ｃ５と、入射した光Ｌ１’を集光用レンズ４４の正面に向けて全反射する反射面２４ｃ６と、を有している。これにより、発光面から水平方向により近い方向に出射した光Ｌ１’も集光用レンズ４４の正面に向けて出射できる。
【０１０５】  ［第４の実施の形態］  本実施の形態に係る光学部材を有する光学ユニットは、種々の車両用灯具に用いることができる。
【０１０６】  （集光用レンズ）  次に、本実施の形態に係る光学部材について説明する。図２２は、本実施の形態に係る光学部材の斜視図である。図２３は、本実施の形態に係る光学部材の上面図である。図２４は、本実施の形態に係る光学部材の背面図である。
【０１０７】  本実施の形態に係る光学部材４０は、裏側１２４ａから入射した光を制御して表側１２４ｂから出射する光学制御部としての集光用レンズ１２４と、集光用レンズ１２４に隣接する板状の基部４２と、を有する。集光用レンズ１２４は、複数の発光素子としてのＬＥＤ２０ａからそれぞれ出射した光に対応する複数のレンズ部（第１のレンズ）１２４ｃを有する。なお、光を制御するとは、例えば、ある所望のパターンや方向、領域へ光を向かわせることである。
【０１０８】  ここで、本実施の形態に係る光学部材４０におけるレンズ部１２４ｃは、透過する光を屈折することで集光する形状であり、一つのＬＥＤ２０ａに対して一つのレンズ部１２４ｃが対応する。本実施の形態に係るレンズ部１２４ｃは、裏側１２４ａおよび表側１２４ｂのいずれも凸状になっている。また、光学制御部は、例えば、ＬＥＤ２０ａから出射した光が透過して出射する表側１２４ｂの表面領域が擬似的な光源の発光面として機能する。
【０１０９】  なお、光学部材４０は、基部４２の厚さが０．１ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ〜５ｍｍ程度であり、厚みの薄い部品である。また、本実施の形態に係る光学部材４０は、集光用レンズ１２４以外の領域が広い部材である。そのため、透明な集光用レンズ１２４と一体で光学部材４０を作製しようとすると、全てを透明な材料で構成する必要がある。
【０１１０】  本実施の形態に係る光学部材４０は、透明な材料で構成された射出成形品であり、例えば、耐熱シリコーン、アクリル、ポリカーボネート、ガラス等を用いることができる。好ましくは、耐熱性の観点から耐熱シリコーン（耐熱温度１８０℃以上）やガラスが用いられる。また、光学部材の形状の設計自由度の観点では、型からの無理抜きが比較的容易な耐熱シリコーンがより好ましい。これにより、ある程度複雑な形状の光学部材であっても簡易な型構成や製造方法で製造できる。
【０１１１】  （光路変更部）  上述のように、本実施の形態に係る光学ユニット１８は、複数のＬＥＤ２０ａがアレイ状に配列されている第１の光源２０と、複数のＬＥＤ２０ａのそれぞれに対応する複数のレンズ部１２４ｃを有し、第１の光源２０から出射した光を集光する集光用レンズ１２４と、集光用レンズ１２４を透過した光を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタ２２と、回転リフレクタ２２で反射された光を光学ユニット１８の光照射方向（車両前方）に投影する凸レンズ２６と、を備える。
【０１１２】  本実施の形態に係る集光用レンズ１２４は、図２２乃至図２４に示すように、５つのレンズ部１２４ｃ（１２４ｃ１〜１２４ｃ５）が一列に並んでいる。図２５は、図２３に示す光学部材のＢ−Ｂ断面を示す模式図である。図２６は、本実施の形態に係る発光素子から光学部材に向けて斜めに出射した光の光路を模式的に示した図である。
【０１１３】  本実施の形態に係る複数のレンズ部１２４ｃ１〜１２４ｃ５は、互いに密接してアレイ状に連なっているため、対応するＬＥＤ２０ａ１〜２０ａ５が発する光が隣接する他のレンズ部１２４ｃ１〜１２４ｃ５にそのまま入射するおそれがある。例えば、図２５に示すレンズ部１２４ｃ２に対応するＬＥＤ２０ａ２が発する光のうち、屈折せずにそのまま隣接する他のレンズ部１２４ｃ１の入射面１２４ａ１に入射し出射面１２４ｂ１から出射する光Ｌ３は、図２６に示すように、凸レンズ２６に入射するおそれがある。
【０１１４】  光Ｌ３は、回転リフレクタ２２で反射されることで制御された光ではないため、凸レンズ２６を介して前方へ投影されると、所望の配光パターンとは異なる領域を照射する場合があり、グレアを発生させるおそれがある。
【０１１５】  そこで、本実施の形態に係る集光用レンズ１２４は、前述の光Ｌ３によるグレアの発生を抑制するための光路変更部１２４ｄ１〜１２４ｄ４を備えている。例えば、図２５に示す光路変更部１２４ｄ２は、レンズ部１２４ｃ３に対応するＬＥＤ２０ａ３が発する光が隣接するレンズ部１２４ｃ２の入射面１２４ａ２にそのまま入射しないように、ＬＥＤ２０ａ３が発する一部の光Ｌ３の光路を変更する。
【０１１６】  つまり、光路変更部１２４ｄ２によって、ＬＥＤ２０ａ３が発する光の一部の光Ｌ３が対応するレンズ部１２４ｃ３ではない隣接する他のレンズ部１２４ｃ２にそのまま入射しにくくなる。そのため、ＬＥＤ２０ａ３が発する光Ｌ３が隣接する他のレンズ部１２４ｃ２の入射面１２４ａ２にそのまま入射した場合（点線で示す光Ｌ３の光路）に生じ得るグレアの発生を抑制できる。
【０１１７】  光路変更部１２４ｄ２は、入射した光Ｌ３を隣接する他のレンズ部１２４ｃ２の出射面１２４ｂ２に向けて全反射する反射面１２４ｅ２を有している。これにより、隣接するレンズ部１２４ｃ２の出射面１２４ｂ２から出射する光Ｌ３’の光路を変更できる。
【０１１８】  また、光路変更部１２４ｄ２は、隣接する他のレンズ部１２４ｃ２の出射面１２４ｂ２から出射した光Ｌ３’が、図２６に示すように凸レンズ２６に向かわないように、反射面１２４ｅ２が構成されている。これにより、レンズ部１２４ｃ３に対応するＬＥＤ２０ａ３から斜めに出射した光Ｌ３は、隣接する他のレンズ部１２４ｃ２から出射した光Ｌ３’となって凸レンズ２６には入射しないため、光Ｌ３が凸レンズ２６によって投影されてグレアが発生するということが抑制される。
【０１１９】  また、光路変更部１２４ｄ２は、ＬＥＤ２０ａ３の発光面から対応するレンズ部１２４ｃ３に向かわずに隣接する他のレンズ部１２４ｃ２に向かって斜めに出射する光Ｌ３が入射する入射部１２４ｆ２を有している。入射部１２４ｆ２は、レンズ部１２４ｃ３のＬＥＤ２０ａ３と対向する側に突出した突起部（突条部）である。突起部である入射部１２４ｆ２は、隣接するレンズ部１２４ｃ２とレンズ部１２４ｃ３との間の領域に設けられている。これにより、レンズ部１２４ｃ３に対応するＬＥＤ２０ａ３の発光面から隣接するレンズ部１２４ｃ２に向かって斜めに出射する光Ｌ３が光路変更部１２４ｄ２に入射しやすくなる。
【０１２０】  次に、光路変更部１２４ｄ３で光路が変更された光が集光用レンズ１２４の表側１２４ｂから出射せずに、裏側１２４ａから出射することでグレアが抑制される場合について説明する。
【０１２１】  図２５に示すように、光路変更部１２４ｄ３は、レンズ部１２４ｃ４に対応するＬＥＤ２０ａ４が発する光Ｌ４が、隣接する他のレンズ部１２４ｃ３にそのまま入射しないように設けられている。光路変更部１２４ｄ３の入射部１２４ｆ３で屈折し入射した光Ｌ４は、集光用レンズ１２４の内部を透過してレンズ部１２４ｃの出射面１２４ｂ３で全反射し、集光用レンズ１２４の裏側１２４ａから出射する。これにより、ＬＥＤ２０ａ４が発する光のうち、隣接する他のレンズ部１２４ｃ３に向かう斜めの光Ｌ４が、集光用レンズ１２４の表側１２４ｂから出射しないため、グレアの発生が抑制される。
【０１２２】  なお、上述の光路変更部１２４ｄ１〜１２４ｄ４は、いずれも同様の機能を持つ。ただし、光路変更部１２４ｄ１〜１２４ｄ４は、全て同じ形状であってもよく、また、一部や全部の形状や構成が異なっていてもよい。
【０１２３】  本実施の形態に係る光学ユニット１８は、図２６に示すように、集光用レンズ１２４を透過した光を凸レンズ２６に向かうように反射しながら回転軸Ｒを中心に回転する回転リフレクタ２２を備えている。第１の光源２０は、ＬＥＤ２０ａの発光面の鉛直方向Ｙと凸レンズ２６の光軸Ａｘとが交差するように配置されている。また、回転リフレクタ２２は、回転軸Ｒが発光面の鉛直方向Ｙおよび光軸Ａｘに対して斜めになるように配置されている。ここで、光軸とは、例えば、レンズ正面から平行に入射した光が集光する焦点を通り、入射光と平行な直線と見なすことができる。あるいは、凸レンズの最も凸の部分を通り、水平な面内で車両前後方向へ伸びる直線を光軸と見なすこともできる。あるいは、円形（円弧）のレンズの場合は、円（円弧）の中心を通り、水平な面内で車両前後方向へ伸びる直線を光軸と見なすこともできる。したがって、ブレード２２ａは、回転軸Ｒを中心とする周方向に向かうにつれて、回転軸Ｒと反射面とが成す角が変化するように捩られた形状を有しているともいえる。集光用レンズ１２４は、複数のＬＥＤ２０ａと回転リフレクタ２２との間に配置されている。光路変更部１２４ｄ１〜１２４ｄ４は、上述のように、隣接する他のレンズ部１２４ｃの出射面から出射した光が凸レンズ２６と回転リフレクタ２２との間の隙間領域Ｒ５に向かうように構成されている。これにより、光路変更部１２４ｄ１〜２４ｄ４によって光路が変更された光Ｌ３，Ｌ４は、凸レンズ２６によって前方へ投影されなくなり、前方でのグレアの発生が抑制される。
【０１２４】  また、本実施の形態に係る光学ユニット１８は、複数のＬＥＤ２０ａを個別に点消灯することで可変ハイビームを照射できるように構成されている。そのため、図２５に示すＬＥＤ２０ａ２を消灯し、ＬＥＤ２０ａ３を点灯するような場合、ＬＥＤ２０ａ３が発する光の一部が、消灯されているＬＥＤ２０ａ２に対応するレンズ部１２４ｃ２からそのまま出射すると、本来照射すべきではない領域を照射してしまうことになる。しかしながら、本実施の形態に係る光学ユニット１８は、光路変更部１２４ｄ１〜１２４ｄ４を備えることで、可変ハイビームによる配光パターンの一部に形成された非照射領域（遮光部）においてグレアが発生することを抑制できる。
【０１２５】  また、本実施の形態の変形例に係る光学ユニットは、回転リフレクタ２２を備えていなくてもよく、例えば、マトリックス状に配列された複数の発光素子からなる光源の発光面が投影レンズの入射面と対向するように配置し、投影レンズと光源の発光面との間に本実施の形態に係る光学部材を配置してもよい。
【０１２６】  以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【０１２７】  例えば、上述の実施の形態に係る凸レンズ２６は、入射面の一部に左右拡散部が形成され、出射面のほぼ全面に上下拡散部が形成されているが、入射面の全面に上下拡散部が形成され、出射面の一部に左右拡散部が形成されていてもよい。
【０１２８】  また、上述の実施の形態では、ブレード２２ａを有する回転リフレクタ２２を用いているが、回転リフレクタ２２の代わりにポリゴンミラーを用いてもよい。あるいは、回転リフレクタ２２の代わりにＭＥＭＳミラー（共振ミラー）を用いてもよい。あるいは、回転リフレクタ２２の代わりに、多数の可動式の微小鏡面（マイクロミラー）がマトリックス状に配列されたＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いてもよい。
【０１２９】  また、上述の実施の形態では、発光素子が複数ある光源と、第１のレンズが複数ある光学部材との組み合わせについて説明しているが、発光素子が一つである光源と、第１のレンズが一つである光学部材との組み合わせであってもよい。この態様によっても、拡張レンズ部２４ｃ３により第１のレンズの発光領域が拡張するため、配光パターンの照射領域を広げることができる。
【０１３０】  また、上述の実施の形態に係る第１の光源２０は、一列に並んだ５個のＬＥＤ２０ａを備えているが、より多数の発光素子がアレイ状またはアトリックス状に配列された光源であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】  本発明は、光学ユニットに関する。
【符号の説明】
【０１３２】  Ｌ１  第１の光、  Ｐ１  第１の配光パターン、  Ｒ１  第１の入射領域、  Ｌ２  第２の光、  Ｐ２  第２の配光パターン、  Ｒ２  第２の入射領域、  １０  車両用前照灯、  １８  光学ユニット、  ２０  第１の光源、  ２０ａ  ＬＥＤ、  ２２  回転リフレクタ、  ２２ａ  ブレード、  ２２ｂ  回転部、  ２２ｄ  反射面、  ２６  凸レンズ、  ２６ｂ  出射面、  ２６ｃ  入射面、  ２８  第２の光源、  ２８ａ  ＬＥＤ、  ３６  左右拡散部、  ３８  上下拡散部。
【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】
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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】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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