JP5901411B2 - 灯具ユニット - Google Patents

Description

本発明は、灯具ユニットに関し、特に車両に搭載される灯具ユニットに関する。

従来、車両に搭載される灯具ユニットとして、投影レンズを備えた灯具ユニットが知られている。この灯具ユニットでは、光源の灯具前方側に投影レンズが配置され、光源から照射された光は、投影レンズを介して灯具前方に照射される。投影レンズには、灯具正面から見て丸形の平凸レンズや両凸レンズが用いられていた。これに対し、例えば特許文献１には、平面視多角形で且つ表面にエッジを有する、異形の灯具用投影レンズが開示されている。

特開２００９−４３５４３号公報

このような状況において、本発明者は以下の課題を認識するに至った。すなわち、上述した異形の投影レンズは、前方側表面にエッジ（稜線）が延在しているため、投影レンズからの光の出射方向を所望の方向に向けることが、稜線が無い場合に比べて困難であった。したがって、このような投影レンズを備える灯具ユニットは、前方側表面に稜線を持たない投影レンズを備える灯具ユニットに比べて配光制御が困難であった。特に、一般に投影レンズは、レンズ中央領域を通過する光源光の量が多い。そのため、灯具ユニットの配光制御を高精度に実施するためには、レンズ中央領域からの光の出射方向が高精度であることが要求される。

本発明は本発明者によるこうした認識に基づいてなされたものであり、その目的は、異形の投影レンズを備える灯具ユニットにおける、配光制御の精度低下を抑制する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は灯具ユニットである。当該灯具ユニットは、車両に搭載される灯具ユニットであって、光源搭載部と、前方側表面が凸面であり、前記光源搭載部に搭載される光源からの光を灯具前方に投影する投影レンズと、を備える。前記投影レンズの前方側表面は、灯具ユニットを正面から見たとき、前端部寄りの所定位置において、灯具ユニットの光軸を中心とする略真円であり、後端部において、非略真円であり、前記所定位置と前記後端部との間の領域において、前記所定位置から前記後端部にかけて前記略真円から前記非略真円に近づくよう徐々に変化することを特徴とする。

この態様によれば、異形の投影レンズを備える灯具ユニットにおける、配光制御の精度低下を抑制することができる。

本発明の他の態様も灯具ユニットである。当該灯具ユニットは、車両に搭載される灯具ユニットであって、光源搭載部と、前方側表面が凸面であり、前記光源搭載部に搭載される光源からの光を灯具前方に投影する投影レンズと、を備える。前記投影レンズの前方側表面は、後端部の全周を含む面に平行な断面の輪郭形状が、前端部寄りの所定位置において略真円であり、後端部において非略真円であり、前記所定位置から前記後端部にかけて前記略真円から前記非略真円に近づくよう徐々に変化することを特徴とする。

この態様によっても、異形の投影レンズを備える灯具ユニットにおける、配光制御の精度低下を抑制することができる。

上記いずれかの態様において、前記投影レンズの後方側表面は、光軸との交点を含む所定領域が前記交点を中心とする略回転対称形状であり、当該所定領域の外側領域が自由曲面形状であり、前記投影レンズの後方焦点を通り後方側表面の前記所定領域に入射した光は、前方側表面の前端部から前記所定位置までの領域から出射され、前記後方焦点を通り後方側表面の前記外側領域に入射した光は、前方側表面の前記所定位置から後端部までの領域から出射されてもよい。これにより、前方側表面における所定位置から後端部までの領域についても、配光パターンの形成に用いることができる。

上記いずれかの態様において、前記非略真円は、多角形であり、前記投影レンズの前方側表面は、後端部から前記所定位置までの領域に稜線を有し、前記所定位置から前端部までの領域に稜線を有しなくてもよい。これにより、投影レンズのレンズ中央領域から出射される光の出射方向を高精度に制御することができるため、灯具ユニットの配向制御の精度をより高めることができる。

本発明によれば、異形の投影レンズを備える灯具ユニットにおける、配光制御の精度低下を抑制する技術を提供することができる。

実施形態１に係る灯具ユニットが搭載された車両用灯具の概略構造を模式的に示す鉛直断面図である。 図２（Ａ）は、実施形態１に係る灯具ユニットが備える投影レンズを灯具前方から見た斜視図である。図２（Ｂ）は、投影レンズの正面図である。 図３（Ａ）は、投影レンズを灯具後方から見た斜視図である。図３（Ｂ）は、投影レンズの背面図である。 図４（Ａ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの正面図である。図４（Ｂ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの側面図である。 投影レンズの鉛直断面図である。 図６（Ａ）は、実施形態２に係る灯具ユニットが備える投影レンズを灯具前方から見た斜視図である。図６（Ｂ）は、投影レンズの正面図である。 図７（Ａ）は、投影レンズを灯具後方から見た斜視図である。図７（Ｂ）は、投影レンズの背面図である。 図８（Ａ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの正面図である。図８（Ｂ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの側面図である。 投影レンズの鉛直断面図である。 図１０（Ａ）は、実施形態３に係る灯具ユニットが備える投影レンズを灯具前方から見た斜視図である。図１０（Ｂ）は、投影レンズの正面図である。 図１１（Ａ）は、投影レンズを灯具後方から見た斜視図である。図１１（Ｂ）は、投影レンズの背面図である。 図１２（Ａ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの正面図である。図１２（Ｂ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの側面図である。 投影レンズの鉛直断面図である。 図１４（Ａ）は、実施形態４に係る灯具ユニットが備える投影レンズを灯具前方から見た斜視図である。図１４（Ｂ）は、投影レンズの正面図である。 図１５（Ａ）は、投影レンズを灯具後方から見た斜視図である。図１５（Ｂ）は、投影レンズの背面図である。 図１６（Ａ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの正面図である。図１６（Ｂ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの側面図である。 投影レンズの鉛直断面図である。 図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）は、前方側表面の形状設定方法を説明するための図である。 図１９は、投影レンズの前方側表面を決める基本形状の混ぜ合わせ割合と、投影レンズの灯具前後方向の位置との関係を示すグラフである。 変形例に係る灯具ユニットが搭載された車両用灯具の概略構造を模式的に示す鉛直断面図である。

以下、本発明を好適な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すべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る灯具ユニットが搭載された車両用灯具の概略構造を模式的に示す鉛直断面図である。本実施形態において説明する車両用灯具１は、車両前方の左右に配置される一対の前照灯ユニットを有する車両用前照灯装置である。一対の前照灯ユニットは実質的に同一の構成であるため、図１には車両用灯具１として左右いずれか一方側に配置される前照灯ユニットの構造を示す。

図１に示すように、車両用灯具１は、車両前方側に開口部を有するランプボディ２と、ランプボディ２の開口部を覆うように取り付けられた透光カバー４とを備える。透光カバー４は、透光性を有する樹脂やガラス等で形成されている。ランプボディ２と透光カバー４とにより形成される灯室３内には、灯具ユニット１０が収容されている。

灯具ユニット１０は、いわゆる反射型の灯具ユニットであり、ブラケット部１２と、光源搭載部１４と、光源モジュール１６（光源）と、リフレクタ１８と、シェード部２０と、投影レンズ１００とを備える。

ブラケット部１２は、例えばアルミなどの金属材料で形成された略板状の部材であり、主表面が灯具前後方向を向くように配置されている。ブラケット部１２の灯具前方側の主表面には、光源搭載部１４が固定されている。ブラケット部１２の灯具後方側の主表面には、放熱フィン２２が固定されている。ブラケット部１２は、辺縁部の所定位置に螺孔を有し、ランプボディ２を貫通して前方に延出するエイミングスクリュー２４がこの螺孔に螺合している。これにより、ブラケット部１２がランプボディ２に取り付けられている。車両用灯具１は、エイミングスクリュー２４によって、灯具ユニット１０の光軸Ｏを水平方向あるいは鉛直方向に調整できるように構成されている。なお、ブラケット部１２の形状は特にこれに限定されない。

光源搭載部１４は、例えばアルミなどの金属材料で形成され、ブラケット部１２の灯具前方側の主表面から灯具前方側に突出している。光源搭載部１４は、灯具ユニット１０の光軸Ｏに対して垂直方向上方を向く光源モジュール搭載面１４ａを有する。光源モジュール搭載面１４ａには、光源モジュール１６が搭載されている。また、光源搭載部１４の所定位置には、後述する締結部材２６が挿通される挿通孔１４ｂが設けられている。

光源モジュール１６は、光出射面が光軸Ｏに対して垂直方向略上方を向くように配置されている。光源モジュール１６は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、発光素子１６ａと、発光素子１６ａを支持する基板１６ｂとを有する。基板１６ｂには、実装される発光素子１６ａに電力を供給するための配線が設けられている。なお、灯具ユニット１０に用いられる光源は、白熱球やハロゲンランプ、放電球等であってもよい。光源モジュール１６から発せられた熱は、光源搭載部１４及びブラケット部１２を介して放熱フィン２２に伝達される。

リフレクタ１８は、略ドーム状であり、光源モジュール１６の上方に配置されて光源搭載部１４に固定されている。リフレクタ１８は、回転楕円面の一部で構成される反射面１８ａを内側に有する。この反射面１８ａは、第１焦点と、第１焦点よりも灯具前方側に位置する第２焦点とを有する。リフレクタ１８は、光源モジュール１６の発光部が反射面１８ａの第１焦点と略一致するように、光源モジュール１６との位置関係が定められている。

光源搭載部１４の灯具前方側には、シェード部２０が設けられている。シェード部２０は、光源搭載部１４の挿通孔１４ｂから灯具前方側に突出するねじ等の締結部材２６によって、光源搭載部１４に固定されている。シェード部２０は、略水平に配置された平面部２０ａと、平面部２０ａよりも灯具前方側で光源光の投影レンズ１００への入射を遮らないように下方に湾曲した湾曲部２０ｂとを有する。リフレクタ１８は、シェード部２０の平面部２０ａと湾曲部２０ｂとが為す稜線２０ｃが反射面１８ａの第２焦点の近傍に位置するように、シェード部２０との位置関係が定められている。

シェード部２０は、レンズホルダとしても機能し、湾曲部２０ｂの先端に投影レンズ１００が固定されている。投影レンズ１００は、前方側表面が凸面であり、光源搭載部１４に搭載される光源モジュール１６からの光を灯具前方に投影する透光性部材である。投影レンズ１００は、その後方焦点を含む後方焦点面上に形成される光源像を、反転像として灯具前方の仮想鉛直スクリーン上に投影する。投影レンズ１００は、灯具ユニット１０の光軸Ｏ上に、且つ後方焦点がリフレクタ１８の反射面１８ａの第２焦点と略一致する位置に配置されている。投影レンズ１００の形状については、後に詳細に説明する。

光源モジュール１６の発光素子１６ａから出射した光は、リフレクタ１８の反射面１８ａにて反射され、反射面１８ａの第２焦点、すなわち稜線２０ｃの近傍を通って投影レンズ１００に入射する。投影レンズ１００に入射した光は、投影レンズ１００から略平行な光として灯具前方に照射される。また、光源光の一部がシェード部２０の平面部２０ａ上にて反射することにより、稜線２０ｃを境界線として光源光が選択的にカットされる。これにより、稜線２０ｃの形状に対応するカットオフラインを有する配光パターンが、車両前方に投影される。

続いて、投影レンズ１００の形状について詳細に説明する。図２（Ａ）は、実施形態１に係る灯具ユニットが備える投影レンズを灯具前方から見た斜視図である。図２（Ｂ）は、投影レンズの正面図である。図３（Ａ）は、投影レンズを灯具後方から見た斜視図である。図３（Ｂ）は、投影レンズの背面図である。図４（Ａ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの正面図である。図４（Ｂ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの側面図である。図５は、投影レンズの鉛直断面図である。なお、図２（Ａ）〜図４（Ｂ）において、Ｘ軸は光軸Ｏに平行な軸であり、Ｙ軸は光軸Ｏに垂直であって灯具左右方向に延在する軸であり、Ｚ軸は光軸Ｏに垂直であって灯具上下方向に延在する軸である。また、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）では、灯具前方側の端部（前端部）から灯具後方側の端部（後端部）までの各位置における前方側表面１０２の輪郭形状を示す線（以下では適宜、この線を輪郭形状線Ｌと称する）を図示している。また、図５は、光軸ＯとＺ軸とを含む平面に沿った断面図に相当する。

投影レンズ１００は、前方側表面１０２と、側方側表面１０４と、後方側表面１０６とを有する。投影レンズ１００は、後方側表面１０６から光が入射し、前方側表面１０２から光が出射するように構成されている。側方側表面１０４は、前方側表面１０２と後方側表面１０６とをつなぐ面である。

投影レンズ１００の前方側表面１０２は、灯具ユニット１０を正面から見たとき、前端部寄りの所定位置１０２ａにおいて、灯具ユニット１０の光軸Ｏを中心とする略真円である。また、前方側表面１０２は、灯具ユニット１０を正面から見たとき、後端部１０２ｂにおいて、非略真円である。そして、前方側表面１０２は、所定位置１０２ａと後端部１０２ｂとの間の領域（以下では適宜、この領域を後方領域１０２ｃと称する）において、所定位置１０２ａから後端部１０２ｂにかけて略真円から非略真円に近づくよう徐々に変化する。本実施形態では、後端部１０２ｂは、非略真円の一例として角の丸い六角形であり、したがって、後方領域１０２ｃにおいて、前方側表面１０２の輪郭形状は、略真円から角の丸い六角形に近づくように徐々に変化する。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す輪郭形状線Ｌは、光軸Ｏから後端部１０２ｂに向けて前方側表面１０２の表面形状に沿って放射状に仮想直線を引き、投影レンズ１００の前端部からの灯具前後方向の距離が等しい各仮想直線上の点を結んでできる線に相当する。本実施形態の投影レンズ１００において、後端部１０２ｂは全周が、光軸Ｏに直交する平面上に位置する。すなわち、後端部１０２ｂの輪郭形状は、光軸Ｏに垂直な平面、すなわちＹＺ平面上の二次元の直線若しくは曲線で表される。よって、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す輪郭形状線Ｌは、光軸Ｏと直交する投影レンズ１００の断面の輪郭形状に等しい。

したがって、本実施形態の投影レンズ１００では、光軸Ｏと直交する投影レンズ１００の断面形状が、前端部寄りの所定位置１０２ａにおいて略真円、後端部１０２ｂにおいて非略真円であり、所定位置１０２ａから後端部１０２ｂにかけて略真円から非略真円に近づくよう徐々に変化している。また、言い換えれば、本実施形態に係る投影レンズ１００の前方側表面１０２は、後端部１０２ｂの全周を含む面に平行な断面の輪郭形状が、所定位置１０２ａにおいて略真円、後端部１０２ｂにおいて非略真円であり、所定位置１０２ａから後端部１０２ｂにかけて略真円から非略真円に近づくよう徐々に変化している。

本実施形態では後端部１０２ｂが六角形状であるため、投影レンズ１００の前方側表面１０２は、後端部１０２ｂから所定位置１０２ａまでの領域、すなわち後方領域１０２ｃに稜線１０２ｄを有する。一方、所定位置１０２ａから前端部までの領域（以下では適宜、この領域を前方領域１０２ｅと称する）に稜線を有しない。なお、所定位置１０２ａから前端部までの前方側表面１０２の輪郭形状は、所定位置１０２ａの略真円形状が維持されるか、略真円よりも真円に近い形状に変化する。例えば、前方領域１０２ｅの表面形状は、所定位置１０２ａから前端部に近づくにつれて略真円から真円に近づくよう徐々に変化する。

ここで、前記「略真円」とは、前方側表面１０２の前方領域１０２ｅから出射されることになる光が、後述する後方側表面１０６の所定領域１０６ａを平面若しくは凸面とした場合（すなわち、従来の平凸レンズ若しくは両凸レンズと同一形状とした場合）に、後方焦点を形成することができ、また、当該後方焦点を通って投影レンズ１００に入射して前方領域１０２ｅから出射される光で形成される配光パターンの形状が、要求される精度を満たすことができる程度に円形が保たれた形状をいう。前記「略真円」には、真円が含まれる。また、前記「略真円」は、例えば真円度が半径の５％以下の円をいう。前記「真円度」とは、円形形体の幾何学的に正しい円からの狂いの大きさをいい、円形形体を２つの同心の幾何学的円で挟んだとき、同心二円の間隔が最小となる場合の、二円の半径の差で表わされる。

また、前記「非略真円」は、前記略真円を除く形状であり、本実施形態では角の丸い六角形であるが、六角形以外の他の多角形であってもよいし、略真円から外れる楕円等の多角形以外の形状であってもよい。また、所定位置１０２ａは、設計者による実験やシミュレーションに基づき適宜設定することが可能である。所定位置１０２ａの設定には、例えば、形成する配光パターンに要求される形状の精度や照度等が考慮される。所定位置１０２ａは、例えば、前方側表面１０２の灯具前方側１／２、１／３又は１／５の範囲内に設定される。また例えば、所定位置１０２ａは、上記範囲内に位置する光軸Ｏ上の点を通り後端部１０２ｂの全周を含む面に対して平行な面と、前方側表面１０２とが交わる位置である。

前方側表面１０２の後端部１０２ｂは、例えば超楕円形状、ラメ曲線で表される形状、下記式（１）で表される形状等をとることができる。

［式（１）中、ｍは３以上の整数、ｒ≧０．５、ａ＞０、ｂ＞０である。］

上記式（１）において、ｍは形成される図形の画数を表す。ｍ＝４であるとき、上記式（１）は下記式（２）で表される。下記式（２）においてａ＝ｂであるとき、いわゆるＳｑｕｉｒｃｌｅと呼ばれる形状となる。

上記式（１）及び（２）において、ｒを変化させることで隣り合う頂点を結ぶ線の軌跡を変化させることができる。ｒ＝２であるとき真円になる。そこで、前方側表面１０２は、例えば、所定位置１０２ａの形状を、上記式（１）又は（２）でｒ＝２とすることで規定される形状とし、後方領域１０２ｃの形状を、所定位置１０２ａから後端部１０２ｂに近づくにつれてｒを徐変させた形状とすることができる。本実施形態では、所定位置１０２ａの形状、すなわち光軸Ｏと直交する断面の前方側表面１０２の輪郭形状を、上記式（１）でｒ＝２とすることで規定される形状としている。また、後端部１０２ｂの形状を、上記式（１）でｍ＝６、ｒ＝１．５とすることで規定される形状としている。そして、後方領域１０２ｃの形状を、所定位置１０２ａから後端部１０２ｂに近づくにつれてｒを２．０から１．５まで減少させた形状としている。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図５に示すように、投影レンズ１００の後方側表面１０６は、光軸Ｏとの交点Ｐを含む所定領域１０６ａ（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す破線の内側の領域）が交点Ｐを中心とする略回転対称形状であり、当該所定領域１０６ａの外側領域１０６ｂ（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す破線の外側の領域）が自由曲面形状である。そして、投影レンズ１００は、後方焦点Ｆを通り後方側表面１０６の所定領域１０６ａに入射した光が、前方側表面１０２の前方領域１０２ｅから出射され、後方焦点Ｆを通り後方側表面１０６の外側領域１０６ｂに入射した光が前方側表面１０２の後方領域１０２ｃから出射されるように設計されている。

すなわち、投影レンズ１００の後方側表面１０６は、光軸Ｏに略平行な光を前方側表面１０２の前方領域１０２ｅに入射させた場合に、この光が所定領域１０６ａから出射して後方焦点Ｆに集束し、光軸Ｏに略平行な光を前方側表面１０２の後方領域１０２ｃから入射させた場合に、この光が外側領域１０６ｂから出射して後方焦点Ｆに集束するようように設計されている。所定領域１０６ａの交点Ｐを中心とする略回転対称形状とは、後方焦点Ｆを通って所定領域１０６ａから入射し、前方側表面１０２の前方領域１０２ｅから出射される光で形成される配光パターンの形状が、要求される精度を満たすことができる程度に回転対称性が保たれた形状をいう。略回転対称形状には、回転対称形状が含まれる。略回転対称形状は、例えば光軸Ｏに垂直な平面や、後方焦点Ｆ側に突出するように湾曲した凸面等である。

後方側表面１０６の外側領域１０６ｂの自由曲面は、例えば次のようにして設計される。すなわち、まず、後方領域１０２ｃ上の各点から目標出射角度で光を出射させるために必要な、レンズ内における各点への光入射方向がスネルの法則を用いて算出される。そして、この光入射方向に延びる直線上における、上記各点よりも灯具後方側の所定位置に、自由曲面を生成する際の起点が設定される。そして、この起点に自由曲面の一部を構成する面素が割り付けられる。その際、上記光入射方向に延びる直線と、後方焦点Ｆ及び上記起点を結ぶ直線とがなす角度が算出され、算出された角度分の屈折力が得られるように、上記面素の傾斜角がスネルの法則を用いて算出される。このようにして隣接する面素が連続的に形成されることで、外側領域１０６ｂの自由曲面が生成される。

以上説明したように、本実施形態に係る灯具ユニット１０において、投影レンズ１００は、灯具ユニット１０を正面から見たとき、その前方側表面１０２が、前端部寄りの所定位置１０２ａにおいて光軸Ｏを中心とする略真円であり、後端部１０２ｂにおいて非略真円である。そして、後方領域１０２ｃの表面形状が、所定位置１０２ａから後端部１０２ｂにかけて略真円から非略真円に近づくよう徐々に変化している。すなわち、投影レンズ１００は、後方寄りの領域は従来の平凸型や両凸型の投影レンズとは異なる形状を有するが、前端部よりの所定位置１０２ａにおいて略真円形状であるため、投影レンズ１００を異形レンズとしたことによる灯具ユニット１０の配向制御の精度低下を抑制することができる。また、前方側表面１０２の後端部１０２ｂを非略真円形状としているため、灯具レイアウトや車両デザインの自由度を高めることができる。

また、投影レンズ１００の前方側表面１０２は、灯具前方から見て後端部１０２ｂが多角形であり、後方領域１０２ｃに稜線１０２ｄを有し、前方領域１０２ｅに稜線１０２ｄを有しない。そのため、投影レンズ１００のレンズ中央領域から出射される光の出射方向を高精度に制御することができるため、灯具ユニット１０の配向制御の精度をより高めることができる。また、灯具ユニット１０を正面から見て、投影レンズ１００の周辺部に向かうにつれて強い折れ線（稜線）を生じる新規な意匠を実現することができる。

また、投影レンズ１００の後方側表面１０６は、光軸Ｏとの交点Ｐを含む所定領域１０６ａが交点Ｐ若しくは光軸Ｏを中心とする略回転対称形状であり、外側領域１０６ｂが自由曲面形状である。そして、投影レンズ１００は、後方焦点Ｆを通り所定領域１０６ａに入射した光が前方側表面１０２の前方領域１０２ｅから出射され、後方焦点Ｆを通り外側領域１０６ｂに入射した光が前方側表面１０２の後方領域１０２ｃから出射されるように設定されている。これにより、前方側表面１０２における、従来の投影レンズとは異なる形状を有する後方領域１０２ｃについても、配光パターンの形成に用いることができる。また、後方領域１０２ｃから出射される光を用いて、所望の配光パターンを精度よく形成することができる。

（実施形態２）
実施形態２に係る灯具ユニットは、投影レンズの形状が異なる点を除き、実施形態１に係る灯具ユニットと同様の構成を備える。以下、実施形態１と異なる点を中心に、本実施形態に係る灯具ユニットについて説明する。なお、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明及び図示は省略する。

図６（Ａ）は、実施形態２に係る灯具ユニットが備える投影レンズを灯具前方から見た斜視図である。図６（Ｂ）は、投影レンズの正面図である。図７（Ａ）は、投影レンズを灯具後方から見た斜視図である。図７（Ｂ）は、投影レンズの背面図である。図８（Ａ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの正面図である。図８（Ｂ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの側面図である。図９は、投影レンズの鉛直断面図である。

投影レンズ１００は、前方側表面１０２と、側方側表面１０４と、後方側表面１０６とを有する。前方側表面１０２は、灯具ユニット１０を正面から見たとき、前端部寄りの所定位置１０２ａにおいて、灯具ユニット１０の光軸Ｏを中心とする略真円である。また、前方側表面１０２は、灯具ユニット１０を正面から見たとき、後端部１０２ｂにおいて、非略真円である。そして、前方側表面１０２は、後方領域１０２ｃにおいて、所定位置１０２ａから後端部１０２ｂにかけて略真円から非略真円に近づくよう徐々に変化している。本実施形態では、後端部１０２ｂは角の丸い六角形である。そのため、前方側表面１０２は、後方領域１０２ｃに稜線１０２ｄを有する。一方、前方領域１０２ｅに稜線を有しない。

本実施形態の投影レンズ１００は、後端部１０２ｂの全周を含む平面が、光軸Ｏに対して斜めに傾けられた形状を有する。また、前方側表面１０２の表面形状は、次のように設定されている。すなわち、実施形態１と同様にして、上記式（１）に基づいて仮想後端部の形状を決定する。この仮想後端部は、光軸Ｏと直交する平面に全周が含まれる。そして、所定位置１０２ａから後端部１０２ｂに近づくにつれて式（１）のｒを徐変させて、仮想輪郭形状線の形状を、所定位置１０２ａにおける略真円から後端部１０２ｂにおける非略真円に近づくよう徐々に変化させる。そして、仮想後端部を光軸Ｏを中心として傾けて後端部１０２ｂとするとともに、各仮想輪郭形状線を光軸Ｏを中心として後端部１０２ｂと平行になるように傾けて輪郭形状線Ｌ（図８（Ａ）及び図８（Ｂ）参照）として、後方領域１０２ｃの表面形状を決定する。

したがって、本実施形態に係る投影レンズ１００の前方側表面１０２は、後端部１０２ｂの全周を含む面に平行な断面の輪郭形状が、所定位置１０２ａにおいて略真円、後端部１０２ｂにおいて非略真円であり、所定位置１０２ａから後端部１０２ｂにかけて略真円から非略真円に近づくよう徐々に変化する形状を有する。なお、後端部１０２ｂの傾きは、灯具ユニット１０を正面から見たときの所定位置１０２ａの略真円形状が維持されるように設定されている。

本実施形態の投影レンズ１００において、後端部１０２ｂは全周が光軸Ｏに対して斜めに傾いた平面上に位置する。すなわち、後端部１０２ｂの輪郭形状は、三次元の直線若しくは曲線で表される。なお、後端部１０２ｂの形状は、全周が同一平面上に位置しない三次元形状であってもよい。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）及び図８に示すように、投影レンズ１００の後方側表面１０６は、光軸Ｏとの交点Ｐを含む所定領域１０６ａが交点Ｐを中心とする略回転対称形状であり、当該所定領域１０６ａの外側領域１０６ｂが自由曲面形状である。そして、投影レンズ１００は、後方焦点Ｆを通り所定領域１０６ａに入射した光が、前方側表面１０２の前方領域１０２ｅから出射され、後方焦点Ｆを通り外側領域１０６ｂに入射した光が前方側表面１０２の後方領域１０２ｃから出射されるように設計されている。

以上説明した実施形態２に係る灯具ユニット１０によっても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施形態３）
実施形態３に係る灯具ユニットは、投影レンズの形状が異なる点を除き、実施形態１に係る灯具ユニットと同様の構成を備える。以下、実施形態１と異なる点を中心に、本実施形態に係る灯具ユニットについて説明する。なお、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明及び図示は省略する。

図１０（Ａ）は、実施形態３に係る灯具ユニットが備える投影レンズを灯具前方から見た斜視図である。図１０（Ｂ）は、投影レンズの正面図である。図１１（Ａ）は、投影レンズを灯具後方から見た斜視図である。図１１（Ｂ）は、投影レンズの背面図である。図１２（Ａ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの正面図である。図１２（Ｂ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの側面図である。図１３は、投影レンズの鉛直断面図である。

投影レンズ１００は、前方側表面１０２と、側方側表面１０４と、後方側表面１０６とを有する。前方側表面１０２は、灯具ユニット１０を正面から見たとき、前端部寄りの所定位置１０２ａにおいて、灯具ユニット１０の光軸Ｏを中心とする略真円である。また、前方側表面１０２は、灯具ユニット１０を正面から見たとき、後端部１０２ｂにおいて、非略真円である。そして、前方側表面１０２は、後方領域１０２ｃにおいて、所定位置１０２ａから後端部１０２ｂにかけて略真円から非略真円に近づくよう徐々に変化している。本実施形態では、後端部１０２ｂは各辺が膨らんだ略台形である。そのため、前方側表面１０２は、後方領域１０２ｃに稜線１０２ｄを有する。一方、前方領域１０２ｅに稜線を有しない。

本実施形態の投影レンズ１００は、上記式（１）で規定される複数種類の線が組み合わされて、前方側表面１０２の後端部１０２ｂが形成されている。本実施形態では、図１２（Ａ）に示すように、まず、後端部１０２ｂ上の所定位置に変更点Ｍ１及び変更点Ｍ２が設定されている。変更点Ｍ１は、Ｙ軸に対して時計回りに３０度傾いた基準線Ｌ１と後端部１０２ｂとの交点に相当する。変更点Ｍ２は、基準線Ｌ１に対して時計回りに１２０度傾いた基準線Ｌ２と後端部１０２ｂとの交点に相当する。そして、後端部１０２ｂのうち、投影レンズ１００の下側を含む基準線Ｌ１から基準線Ｌ２の間までの領域Ｒ１に含まれる部分（投影レンズ１００の下側を通る変更点Ｍ１から変更点Ｍ２までの部分）が、上記式（１）でｍ＝６、ｒ＝１．８とすることで規定される線の一部となっている。また、投影レンズ１００の上側を含む基準線Ｌ１から基準線Ｌ２までの領域Ｒ２に含まれる部分（投影レンズ１００の上側を通る変更点Ｍ１から変更点Ｍ２までの部分）が、上記式（１）でｍ＝３、ｒ＝１．０とすることで規定される線の一部となっている。

後方領域１０２ｃの表面形状は、領域Ｒ１については上記式（１）のｒを、所定位置１０２ａに近づくにつれて１．８から２．０まで増加させた形状としている。また、領域Ｒ２については上記式（１）のｒを、所定位置１０２ａに近づくにつれて１．０から２．０まで増加させた形状としている。領域Ｒ１の線と領域Ｒ２の線とは、光軸Ｏと直行する平面上に位置する線同士が、変更点Ｍ１及び変更点Ｍ２において滑らかに連続するように接続することができる。なお、組み合わせられる線の種類や数、各線が延在する範囲は、適宜設定することができる。

図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）及び図１３に示すように、投影レンズ１００の後方側表面１０６は、光軸Ｏとの交点Ｐを含む所定領域１０６ａが交点Ｐを中心とする略回転対称形状であり、当該所定領域１０６ａの外側領域１０６ｂが自由曲面形状である。そして、投影レンズ１００は、後方焦点Ｆを通り所定領域１０６ａに入射した光が、前方側表面１０２の前方領域１０２ｅから出射され、後方焦点Ｆを通り外側領域１０６ｂに入射した光が、前方側表面１０２の後方領域１０２ｃから出射されるように設計されている。

以上説明した実施形態３に係る灯具ユニット１０によっても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施形態４）
実施形態４に係る灯具ユニットは、投影レンズの形状が異なる点を除き、実施形態１に係る灯具ユニットと同様の構成を備える。以下、実施形態１と異なる点を中心に、本実施形態に係る灯具ユニットについて説明する。なお、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明及び図示は省略する。

図１４（Ａ）は、実施形態４に係る灯具ユニットが備える投影レンズを灯具前方から見た斜視図である。図１４（Ｂ）は、投影レンズの正面図である。図１５（Ａ）は、投影レンズを灯具後方から見た斜視図である。図１５（Ｂ）は、投影レンズの背面図である。図１６（Ａ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの正面図である。図１６（Ｂ）は、投影レンズの前方側表面の形状を説明するための投影レンズの側面図である。図１７は、投影レンズの鉛直断面図である。

投影レンズ１００は、前方側表面１０２と、側方側表面１０４と、後方側表面１０６とを有する。前方側表面１０２は、灯具ユニット１０を正面から見たとき、前端部寄りの所定位置１０２ａにおいて、灯具ユニット１０の光軸Ｏを中心とする略真円である。また、前方側表面１０２は、灯具ユニット１０を正面から見たとき、後端部１０２ｂにおいて、非略真円である。そして、前方側表面１０２は、後方領域１０２ｃにおいて、所定位置１０２ａから後端部１０２ｂにかけて略真円から非略真円に近づくよう徐々に変化している。

本実施形態の投影レンズ１００は、頂点となる複数の基準点が設定されるとともに、これらの基準点を結ぶ複数の曲線が設定されて、後端部１０２ｂが形成されている。基準点を結ぶ各曲線は、例えばスプライン曲線等であり、基準点において滑らかに連続するように設定されている。本実施形態では、３つの基準点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３が設定されている。なお、後端部１０２ｂの形状は、上記式（１）等に基づいて定められてもよい。また、前方側表面１０２の全体の形状は、光軸Ｏを中心とする真円を基本形状Ａとし、上述した後端部１０２ｂの形状を基本形状Ｂとして、基本形状Ａと基本形状Ｂとを混ぜ合わせて形成されている。以下に、前方側表面１０２の形状設定方法について詳細に説明する。

図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）は、前方側表面の形状設定方法を説明するための図である。図１９は、投影レンズの前方側表面を決める基本形状の混ぜ合わせ割合と、投影レンズの灯具前後方向の位置との関係を示すグラフである。図１８（Ａ）は基本形状Ａを示し、図１８（Ｂ）は基本形状Ｂを示し、図１８（Ｃ）は基本形状Ａ及び基本形状Ｂが混ぜ合わされた結果として得られる前方側表面１０２の形状を示す。また、図１９において、縦軸は各基本形状の混ぜ合わせの割合（混ぜ合わせ係数の大きさ）を示し、横軸は後端部１０２ｂから前端部までの灯具前後方向の距離を示す。横軸において、０が後端部１０２ｂの位置であり、１が前端部の位置である。また、実線が基本形状Ａを示し、破線が基本形状Ｂを示す。

図１９に示すように、前方側表面１０２の後端部１０２ｂ（横軸０）は、基本形状Ｂ（図１８（Ｂ）参照）の割合が１００％（縦軸１）である。また、前方側表面１０２の灯具後方側では、基本形状Ｂが支配的であり、灯具前方側に近づくにつれて徐々に基本形状Ａ（図１８（Ａ）参照）の混ぜ合わせ割合が増大し、基本形状Ｂの混ぜ合わせ割合が減少している。そして、前方側表面１０２の前端部（横軸１）は、基本形状Ａの割合が１００％（縦軸１）である。

より具体的には、前方側表面１０２の灯具前後方向中間よりも後方よりの位置（横軸およそ０．４の位置）から、基本形状Ａの混合割合が増加し始め（基本形状Ｂの混合割合が減少し始め）、前端部に近づくにつれて指数関数的に増加する（指数関数的に減少する）。そして、後端部からおよそ灯具前方側９割の位置（横軸およそ０．９の位置）で、基本形状Ａと基本形状Ｂの混合割合が１：１となり、前端部で基本形状Ａの割合が１００％、基本形状Ｂの割合が０％となる。図１９における位置Ｋは、所定位置１０２ａに対応する。このようにして、後方領域１０２ｃにおいて所定位置１０２ａから後端部１０２ｂにかけて略真円から非略真円に近づくよう徐々に変化する前方側表面１０２（図１８（Ｃ）参照）の形状が設計されている。なお、基本形状Ｂの種類、混ぜ合わせ割合の推移等は、適宜設定することができる。

図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）及び図１７に示すように、投影レンズ１００の後方側表面１０６は、光軸Ｏとの交点Ｐを含む所定領域１０６ａが交点Ｐを中心とする略回転対称形状であり、当該所定領域１０６ａの外側領域１０６ｂが自由曲面形状である。そして、投影レンズ１００は、後方焦点Ｆを通り所定領域１０６ａに入射した光が、前方側表面１０２の前方領域１０２ｅから出射され、後方焦点Ｆを通り外側領域１０６ｂに入射した光が、前方側表面１０２の後方領域１０２ｃから出射されるように設計されている。

以上説明した実施形態４に係る灯具ユニット１０によっても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態を組み合わせたり、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などの変形を加えることも可能であり、そのような組み合わせられ、もしくは変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれる。上述の各実施形態同士、及び上述の各実施形態と以下の変形例との組合せによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態及び変形例それぞれの効果をあわせもつ。

（変形例）
変形例に係る灯具ユニットは、いわゆる直射型の灯具ユニットである点を除き、実施形態１乃至４に係る灯具ユニットと同様の構成を備える。以下、実施形態１乃至４と異なる点を中心に、本実施形態に係る灯具ユニットについて説明する。なお、実施形態１乃至４と同一の構成については同一の符号を付し、その説明及び図示は省略する。

図２０は、変形例に係る灯具ユニットが搭載された車両用灯具の概略構造を模式的に示す鉛直断面図である。図２０に示すように、車両用灯具１は、ランプボディ２と、透光カバー４とを備える。ランプボディ２と透光カバー４とにより形成される灯室３内には、灯具ユニット１０が収容されている。

本変形例の灯具ユニット１０は、いわゆる直射型の灯具ユニットであり、ブラケット部１２と、光源モジュール１６と、レンズホルダ３０と、投影レンズ１００とを備える。ブラケット部１２は、略板状の部材であり、主表面が灯具前後方向を向くように配置されている。本変形例では、ブラケット部１２が光源搭載部としても機能し、灯具前方側を向く主表面に光源モジュール１６が搭載されている。ブラケット部１２の灯具後方側の主表面には、放熱フィン２２が固定されている。ブラケット部１２は、辺縁部の所定位置に螺孔を有し、ランプボディ２を貫通して前方に延出するエイミングスクリュー２４がこの螺孔に螺合している。これにより、ブラケット部１２がランプボディ２に取り付けられている。なお、ブラケット部１２の形状は特にこれに限定されない。

光源モジュール１６は、光出射面が灯具前方を向くように配置されている。光源モジュール１６は、発光素子１６ａと、発光素子１６ａを支持する基板１６ｂとを有する。光源モジュール１６から発せられた熱は、ブラケット部１２を介して放熱フィン２２に伝達される。

ブラケット部１２の灯具前方側の主表面には、レンズホルダ３０が固定されている。レンズホルダ３０は、灯具前方に向けて突出しており、その先端に投影レンズ１００が固定されている。投影レンズ１００は、灯具ユニット１０の光軸Ｏ上に、且つ後方焦点が発光素子１６ａと略一致する位置に配置されている。投影レンズ１００は、実施形態１乃至４の各形状のレンズを採用することができる。光源モジュール１６の発光素子１６ａから出射した光は、投影レンズ１００に入射し、投影レンズ１００から略平行な光として灯具前方に照射される。

上述の各実施形態に係る投影レンズ１００は、以下のように捉えることができる。
Ａ：車両に搭載される灯具ユニット用の投影レンズであって、
前記投影レンズの前方側表面は、凸面であり、且つ灯具ユニットを正面から見たとき、
前端部寄りの所定位置において、灯具ユニットの光軸を中心とする略真円であり、
後端部において、非略真円であり、
前記所定位置と前記後端部との間の領域において、前記所定位置から前記後端部にかけて前記略真円から前記非略真円に近づくよう徐々に変化することを特徴とする投影レンズ。
Ｂ：車両に搭載される灯具ユニット用の投影レンズであって、
前記投影レンズの前方側表面は、凸面であり、且つ後端部の全周を含む面に平行な断面の輪郭形状が、
前端部寄りの所定位置において略真円であり、
後端部において非略真円であり、
前記所定位置から前記後端部にかけて前記略真円から前記非略真円に近づくよう徐々に変化することを特徴とする投影レンズ。

１０ 灯具ユニット、 １４ 光源搭載部、 １００ 投影レンズ、 １０２ 前方側表面、 １０２ａ 所定位置、 １０２ｂ 後端部、 １０２ｄ 稜線、 １０６ 後方側表面、 １０６ａ 所定領域、 １０６ｂ 外側領域、 Ｆ 後方焦点、 Ｏ 光軸、 Ｐ 交点。

Claims (4)

1. 車両に搭載される灯具ユニットであって、
   光源搭載部と、
   前方側表面が凸面であり、前記光源搭載部に搭載される光源からの光を灯具前方に投影する投影レンズと、を備え、
   前記投影レンズの前方側表面は、灯具ユニットを正面から見たとき、
   前端部寄りの所定位置において、灯具ユニットの光軸を中心とする略真円であり、
   後端部において、非略真円であり、
   前記所定位置と前記後端部との間の領域において、前記所定位置から前記後端部にかけて前記略真円から前記非略真円に近づくよう徐々に変化し、
   前記投影レンズの後方側表面は、灯具の光軸に略平行な光を、前記前方側表面における前記所定位置から前端部までの領域に入射させた場合に、この光が後方側表面から出射して前記投影レンズの後方焦点に集束し、光軸に略平行な光を、前記前方側表面における前記所定位置から後端部までの領域に入射させた場合にも、この光が後方側表面から出射して前記後方焦点に集束するように構成されていることを特徴とする灯具ユニット。
2. 車両に搭載される灯具ユニットであって、
   光源搭載部と、
   前方側表面が凸面であり、前記光源搭載部に搭載される光源からの光を灯具前方に投影する投影レンズと、を備え、
   前記投影レンズの前方側表面は、後端部の全周を含む面に平行な断面の輪郭形状が、
   前端部寄りの所定位置において略真円であり、
   後端部において非略真円であり、
   前記所定位置から前記後端部にかけて前記略真円から前記非略真円に近づくよう徐々に変化し、
   前記投影レンズの後方側表面は、灯具の光軸に略平行な光を、前記前方側表面における前記所定位置から前端部までの領域に入射させた場合に、この光が後方側表面から出射して前記投影レンズの後方焦点に集束し、光軸に略平行な光を、前記前方側表面における前記所定位置から後端部までの領域に入射させた場合にも、この光が後方側表面から出射して前記後方焦点に集束するように構成されていることを特徴とする灯具ユニット。
3. 前記投影レンズの後方側表面は、光軸との交点を含む所定領域が前記交点を中心とする略回転対称形状であり、当該所定領域の外側領域が自由曲面形状であり、
   前記投影レンズの後方焦点を通り後方側表面の前記所定領域に入射した光は、前方側表面の前端部から前記所定位置までの領域から出射され、
   前記後方焦点を通り後方側表面の前記外側領域に入射した光は、前方側表面の前記所定位置から後端部までの領域から出射される請求項１又は２に記載の灯具ユニット。
4. 前記非略真円は、多角形であり、
   前記投影レンズの前方側表面は、後端部から前記所定位置までの領域に稜線を有し、前記所定位置から前端部までの領域に稜線を有しない請求項１乃至３のいずれか１項に記載の灯具ユニット。