特許 7610606 車両用灯具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-24

(45)【発行日】2025-01-08

(54)【発明の名称】車両用灯具

(51)【国際特許分類】

   F21S 41/275 20180101AFI20241225BHJP

   F21S 41/26 20180101ALI20241225BHJP

   F21S 41/143 20180101ALI20241225BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20241225BHJP

   F21W 102/155 20180101ALN20241225BHJP

【ＦＩ】

F21S41/275

F21S41/26

F21S41/143

F21V5/00 320

F21V5/00 610

F21W102:155

【請求項の数】 25

(21)【出願番号】P 2022539473

(86)(22)【出願日】2021-07-27

(86)【国際出願番号】 JP2021027667

(87)【国際公開番号】W WO2022025031

(87)【国際公開日】2022-02-03

【審査請求日】2024-05-02

(31)【優先権主張番号】P 2020131173

(32)【優先日】2020-07-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2020131174

(32)【優先日】2020-07-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2020131175

(32)【優先日】2020-07-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2020131176

(32)【優先日】2020-07-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2020131177

(32)【優先日】2020-07-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001133

【氏名又は名称】株式会社小糸製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100143764

【弁理士】

【氏名又は名称】森村 靖男

(72)【発明者】

【氏名】本橋 和也

【審査官】山崎 晶

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５３７８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０８６７６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｓ ４１／２７５

Ｆ２１Ｓ ４１／２６

Ｆ２１Ｓ ４１／１４３

Ｆ２１Ｖ ５／００

Ｆ２１Ｗ １０２／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源部と、
前記光源部から出射する光の最長波長より小さいナノ構造体を含む複数のセルが配列され前記光源部から出射する前記光が透過するメタ領域を有するメタレンズと、
を備え、
前記メタ領域は、当該メタ領域を透過する前記光の位相分布を変化させ、
前記メタレンズにおける前記光源部からの前記光が入射する入射面は、外側に向かって凸状に湾曲して前記光の発散角が小さくなるように当該光を屈折し、
前記入射面に入射した前記光は、前記メタ領域を透過する
ことを特徴とする車両用灯具。

【請求項2】

光透過性を有し前記メタ領域を覆う保護部材を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。

【請求項3】

前記保護部材は、前記メタレンズの屈折率より低い屈折率を有し、それぞれの前記ナノ構造体の間を埋めている
ことを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具。

【請求項4】

光源部と、
前記光源部から出射する光の最長波長より小さいナノ構造体を含む複数のセルが配列され前記光源部から出射する前記光が透過するメタ領域を有するメタレンズと、
を備え、
前記メタ領域は、当該メタ領域を透過する前記光の位相分布を変化させ、当該メタ領域における特定の位置において当該メタ領域と直交する基準軸と平行な参照光が当該メタ領域に入射する場合に、前記メタレンズから出射する前記参照光の位相分布が所定の位相分布を２πで割った余りからなる特定の位相分布となるように、前記参照光の位相分布を変化させ、
前記所定の位相分布は、前記基準軸から離れるに従い位相の遅れ量（ｒａｄ）が減少するとともに当該位相の遅れ量の減少率が増加する位相分布であり、
前記特定の位相分布は、複数のピークを有し、
前記基準軸に沿って見る場合に、前記特定の位置から離れる方向において互いに隣り合う前記ピーク間に２つ以上の前記セルが位置するように、前記複数のセルが配列される
ことを特徴とする車両用灯具。

【請求項5】

前記特定の位相分布は、３つ以上の前記ピークを有し、
前記ピーク間に位置する前記セルの数は、前記特定の位置から離れるに従い少なくなる
ことを特徴とする請求項４に記載の車両用灯具。

【請求項6】

前記ナノ構造体の形状は、円柱形状であり、
前記ピーク間に位置する前記セルの数は、３つ以上である
ことを特徴とする請求項４または５に記載の車両用灯具。

【請求項7】

前記メタ領域の最小の幅は、１０ｍｍ以上である
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用灯具。

【請求項8】

光源部と、
前記光源部から出射する光の最長波長より小さいナノ構造体を含む複数のセルが配列され前記光源部から出射する前記光が透過するメタ領域を有するメタレンズと、
を備え、
前記メタ領域は、コマ収差が発生するように前記メタ領域を透過する前記光の位相分布を変化させ、前記コマ収差が発生しない場合に比べて前記メタ領域を透過する前記光の発散角を前記光によって形成される配光パターンの左右方向に広げる
ことを特徴とする車両用灯具。

【請求項10】

前記メタ領域は、前記コマ収差によって左方向へ広がる前記発散角の広がり量と前記コマ収差によって右方向へ広がる前記発散角の広がり量との一方を他方よりも大きくする
ことを特徴とする請求項８に記載の車両用灯具。

【請求項11】

前記メタ領域は、前記コマ収差が発生しない場合に比べて前記メタ領域を透過する前記光の発散角を前記光によって形成される配光パターンの上下方向に広げる
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の車両用灯具。

【請求項12】

前記メタ領域は、前記コマ収差によって左右方向へ広がる前記発散角の広がり量を前記コマ収差によって上下方向へ広がる前記発散角の広がり量よりも大きくする
ことを特徴とする請求項１１に記載の車両用灯具。

【請求項13】

光源部と、
前記光源部から出射する光の最長波長より小さいナノ構造体を含む複数のセルが配列され前記光源部から出射する前記光が透過するメタ領域を有するメタレンズと、
を備え、
前記メタ領域は、当該メタ領域を透過する前記光の位相分布を変化させ、前記メタ領域を透過する前記光に含まれる可視光を屈曲する前記メタ領域の屈曲力よりも前記メタ領域を透過する前記光に含まれる赤外光を屈曲する前記メタ領域の屈曲力を小さくする
ことを特徴とする車両用灯具。

【請求項14】

前記メタ領域は、波長の比が１：１．５である前記可視光及び前記赤外光において、前記赤外光の位相変調量が前記可視光の位相変調量の０．６倍未満となるように、構成される
ことを特徴とする請求項１３に記載の車両用灯具。

【請求項15】

前記可視光の最長波長は、６６０ｎｍであり、
前記赤外光の最短波長は、１０００ｎｍである
ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の車両用灯具。

【請求項16】

前記ナノ構造体の形状は、円柱形状である
ことを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の車両用灯具。

【請求項17】

光源部と、
前記光源部から出射する光の最長波長より小さいナノ構造体を含む複数のセルが配列され前記光源部から出射する前記光が透過するメタ領域を有するメタレンズと、
を備え、
前記メタ領域は、当該メタ領域を透過する前記光の位相分布を変化させ、
前記メタレンズにおける少なくとも１つの共鳴波長は、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満である
ことを特徴とする車両用灯具。

【請求項18】

前記少なくとも１つの共鳴波長は、８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に含まれる
ことを特徴とする請求項１７に記載の車両用灯具。

【請求項19】

前記光源部から出射する前記光の分光分布は、複数のピークを有し、
複数の前記共鳴波長は、複数の前記ピークのそれぞれの波長と異なる
ことを特徴とする請求項１７または１８に記載の車両用灯具。

【請求項20】

複数の前記共鳴波長の全ては、前記光源部から出射する前記光の波長帯域に含まれない
ことを特徴とする請求項１９に記載の車両用灯具。

【請求項21】

前記メタレンズは、当該メタレンズを透過する前記光源部からの前記光の発散角を小さくする
ことを特徴とする請求項１７から２０のいずれか１項に記載の車両用灯具。

【請求項22】

光源部と、
前記光源部から出射する光の最長波長より小さいナノ構造体を含む複数のセルが配列され前記光源部から出射する前記光が透過するメタ領域を有するメタレンズと、
を備え、
前記メタ領域は、当該メタ領域を透過する前記光の位相分布を変化させ、
前記光源部から出射する前記光の分光分布は、複数のピークを有し、
前記メタレンズにおける複数の共鳴波長は、複数の前記ピークのそれぞれの波長と異なる
ことを特徴とする車両用灯具。

【請求項23】

前記複数の共鳴波長の少なくとも１つは、複数の前記ピークのそれぞれの波長のうち最短の波長を超えかつ最長の波長未満である
ことを特徴とする請求項２２に記載の車両用灯具。

【請求項24】

互いに隣り合う前記ピーク間において強度が最小である前記光の波長と、前記複数の共鳴波長の前記少なくとも１つとが同じである
ことを特徴とする請求項２３に記載の車両用灯具。

【請求項25】

前記複数の共鳴波長は、前記光源部からの前記光の波長帯域に含まれる特定の共鳴波長を含み、
前記光の分光分布の全体における最大の強度に対する前記光における前記特定の共鳴波長の光の強度の比は、０．１以下である
ことを特徴とする請求項２２から２４のいずれか１項に記載の車両用灯具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用灯具に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車用ヘッドライトに代表される車両用灯具として、光源部から出射する光が透過する投影レンズを備えるものが知られており、例えば、下記特許文献１にはこのような車両用灯具が開示されている。

【0003】

下記特許文献１の車両用灯具では、光源部から出射して投影レンズに入射する光は、発散角が調節され、車両の前方に照射される。

【0004】

また、例えば下記特許文献２には、配光パターンを広げる車両用灯具が開示されている。この車両用灯具において、投影レンズの周辺部の前方近傍に、付加レンズが配置されている。付加レンズは、投影レンズを透過した光を光軸から水平方向に離れる方向に偏向させている。これにより、車両用灯具から外部に投影される配光パターンは、付加レンズが配置されていない場合に車両用灯具から外部に投影される配光パターンの左右両端が左右両側へ広がった配光パターンとなり、付加レンズが配置されていない場合の配光パターンに比べて広がる。

【0005】

また、光源部がＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体発光素子を含む発光モジュールからなる車両用灯具も知られている。また、このような発光モジュールから出射する光を所望の色にするために様々な構成が検討されている。例えば、下記特許文献３には、ＬＥＤと、当該ＬＥＤから出射する光の一部が照射されて当該光と異なる波長の光を出射する蛍光体と、を備える発光モジュールが開示されている。この発光モジュールでは、蛍光体から出射する光とＬＥＤから出射する光の他の一部とが合波され、ＬＥＤから出射する光の色と異なる色の光が出射する。また、この発光モジュールから出射する光の分光分布には２つのピークが含まれ、一方のピークにおける波長はＬＥＤから出射する光のピーク波長と概ね同じであり、他方のピークにおける波長は蛍光体から出射する光のピーク波長と概ね同じである。

【0006】

【文献】特開２０１２－１６９１８９号公報

【文献】特開２００７－３５４６７号公報

【文献】特開平１０－２４２５１３号公報

【発明の概要】

【0007】

上記特許文献１のような車両用灯具では、出射する光の配光パターンの大きさを所望の大きさにし易い。ところで、車両のデザインの多様化等により、車両用灯具に対して小型化の要望がある。

【0008】

そこで、本発明は、小型化し得る車両用灯具を提供することを目的とする。

【0009】

上記目的の達成のため、本発明の車両用灯具は、光源部と、前記光源部から出射する光の最長波長より小さいナノ構造体を含む複数のセルが配列され前記光源部から出射する前記光が透過するメタ領域を有するメタレンズと、を備え、前記メタ領域は、当該メタ領域を透過する前記光の位相分布を変化させることを特徴とするものである。

【0010】

車両用灯具における投影レンズでは、一般的に入射面及び出射面の少なくとも一方が湾曲する面であり、この湾曲する面の形状を調節することで光源部から出射する光の発散角を調節している。このため、このような投影レンズでは、当該湾曲する面を形成するためにある程度の厚さが必要となる。一方、この車両用灯具におけるメタレンズは、複数のセルの配置やそれぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさ等を調節することで、光源部からの光の位相分布を変化させて、当該光の発散角を調節できる。このため、このメタレンズは、上記のメタ領域の曲率を上記の投影レンズの曲面の曲率より小さくしても光源部からの光の発散角を調節でき、上記の投影レンズより薄くできる。このため、この車両用灯具によれば、上記の投影レンズによって光源部からの光の発散角を調節する場合と比べて、小型化できる。

【0011】

前記メタレンズにおける前記光源部からの前記光が入射する入射面は、外側に向かって凸状に湾曲して前記光の発散角が小さくなるように当該光を屈折し、前記入射面に入射した前記光は、前記メタ領域を透過することとしてもよい。

【0012】

一般的にメタ領域に入射する光の発散角が大きくなると、メタ領域の設計が複雑になる傾向にある。この車両用灯具におけるメタレンズでは、光源部からの光は、湾曲した入射面によって発散角が小さくされた後に、メタ領域に入射する。このため、例えば、メタレンズによって光源部からの光の発散角を小さくして所定の発散角にするとき、光源部からの光が入射する入射面が平面である場合と比べて、メタ領域に入射する光の発散角を小さくできる。従って、この車両用灯具によれば、メタ領域の設計が複雑になることを抑制し得、光源部からの光の発散角を小さくするときに特に有用である。

【0013】

或いは、前記メタレンズにおける前記光源部からの前記光が入射する入射面は、複数の溝が設けられ前記光の発散角が小さくなるように当該光を回折し、前記入射面に入射した前記光は、前記メタ領域を透過することとしてもよい。

【0014】

この車両用灯具におけるメタレンズでは、光源部からの光は、入射面によって発散角が小さくされた後に、メタ領域に入射する。このため、例えば、メタレンズによって光源部からの光の発散角を小さくして所定の発散角にするとき、光源部からの光が入射する入射面が平面である場合と比べて、メタ領域に入射する光の発散角を小さくし得る。従って、この車両用灯具によれば、メタ領域の設計が複雑になることを抑制し得、光源部からの光の発散角を小さくするときに特に有用である。

【0015】

上記の車両用灯具は、光透過性を有し前記メタ領域を覆う保護部材を更に備えることとしてもよい。

【0016】

このような構成にすることで、それぞれのナノ構造体の間に埃等が入りこんだり、ナノ構造体に埃等が付着したり、ナノ構造体に傷がつくことを抑制でき、光源部からの光の発散角を適切に調節し得る。

【0017】

この場合、前記保護部材は、前記メタレンズの屈折率より低い屈折率を有し、それぞれの前記ナノ構造体の間を埋めていることとしてもよい。

【0018】

前記メタ領域は、当該メタ領域における特定の位置において当該メタ領域と直交する基準軸と平行な参照光が当該メタ領域に入射する場合に、前記メタレンズから出射する前記参照光の位相分布が所定の位相分布を２πで割った余りからなる特定の位相分布となるように、前記参照光の位相分布を変化させ、前記所定の位相分布は、前記基準軸から離れるに従い位相の遅れ量（ｒａｄ）が減少するとともに当該位相の遅れ量の減少率が増加する位相分布であり、前記特定の位相分布は、複数のピークを有し、前記基準軸に沿って見る場合に、前記特定の位置から離れる方向において互いに隣り合う前記ピーク間に２つ以上の前記セルが位置するように、前記複数のセルが配列されることとしてもよい。

【0019】

上記の参照光の位相分布が上記の所定の位相分布となるようにメタ領域が構成されることで、メタ領域を透過してメタレンズから出射する光の発散角を小さくできる。ここで、２πの整数倍だけ光の位相が遅れる場合、当該光の波面は位相が遅れていない光の波面と同じであるとみなすことができる。このため、上記の参照光の位相分布が上記の特定の位相分布となるようにメタ領域が構成されても、発散角を小さくできる。このため、この車両用灯具は、メタレンズによって光源部からの光の発散角を小さくできる。また、上記のように、特定の位相分布は、特定の位置からメタ領域に沿って離れるに従い位相の遅れ量と当該位相の遅れ量の増加率とが増加する所定の位相分布を、２πで割った余りからなり、複数のピークを有する。このため、特定の位相分布における位相の遅れ量は、特定の位置から離れるに従いゼロから増加して２πに限りなく近づきゼロとなる変化を周期的に繰り返す。上記の変化の１周期に対して配置されるセルの数が少ないほど、メタ領域によって変化された位相分布と特定の位相分布とのずれが大きくなり、メタ領域に入射する光のエネルギーに対する特定の位相分布に応じた発散角でメタ領域から出射する光のエネルギーの割合が低くなる傾向にある。この車両用灯具では、この変化の１周期に対して２つ以上のセルが配置される。このようにセルが配置されることで、メタレンズによる光のエネルギーのロスを車両用灯具におけるレンズに好適に使用できる程度に小さくし易くできる。

【0020】

上記のように複数のセルが配列される場合、前記特定の位相分布は、３つ以上のピークを有し、前記ピーク間に位置する前記セルの数は、前記特定の位置から離れるに従い少なくなることとしてもよい。

【0021】

また、上記のように複数のセルが配列される場合、前記ナノ構造体の形状が円柱形状であり、前記ピーク間に位置する前記セルの数は、３つ以上であることが好ましい。発明者はこのような構成にすることでメタ領域に入射する光のエネルギーに対する特定の位相分布に応じた発散角でメタ領域から出射する光のエネルギーの割合を６０％以上にし得ることを見出した。

【0022】

前記メタ領域の最小の幅は、１０ｍｍ以上であることとしてもよい。

【0023】

一般的にレンズを大きくすることで当該レンズから出射する光の量を多くし易くなる。上記のような構成にすることで、メタレンズから出射する光の配光パターンを、車両用前照灯から出射する光の配光パターンとして必要な明るさにし易くできる。なお、車両用前照灯から出射する光の配光パターンとして、例えば、ロービームやハイビームの配光パターンが挙げられる。

【0024】

また、前記メタ領域は、コマ収差が発生するように前記メタ領域を透過する前記光の位相分布を変化させ、前記コマ収差が発生しない場合に比べて前記メタ領域を透過する前記光の発散角を前記光によって形成される配光パターンの左右方向に広げることとしてもよい。

【0025】

コマ収差とは、像面における点像が一点に結像せず、彗星状の尾を引くように広がって結像する収差である。像面において光は、コマ収差によって、点像から点像の周囲に放射状に拡散するのではなく、点像からある方向に伸びる。これにより、光の発散角がコマ収差によって広がると理解できる。メタレンズでは、コマ収差が発生しない場合であっても、複数のセルの配置やそれぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさや形状等を調節することで光の発散角が広がり得る。しかしながら、本発明のメタ領域では、コマ収差が発生しない場合において広がった発散角と同じ発散角であっても、コマ収差による光の上記の伸びによって発散角を左右方向にさらに広げることができる。従って、コマ収差が発生せずに光の発散角を広げたメタレンズから投影される配光パターンよりも、配光パターンは左右方向にさらに広がり得る。

【0026】

また、一般的に、湾曲する面を備える前述のような投影レンズはコマ収差が抑制されるように設計されている。このため、投影レンズを用いる場合、光源部からの光の発散角の広がりが抑制され、車両用灯具の外部に投影される配光パターンの広がりが抑制される。これに対して、投影レンズとして構成されるメタレンズのメタ領域では、コマ収差によって発散角が広がるため、配光パターンは投影レンズから投影される配光パターンよりも広がり得る。

【0027】

また、メタ領域が、コマ収差が発生するようにメタ領域を透過する光の位相分布を変化させる場合、前記メタ領域は、前記コマ収差によって左方向へ広がる前記発散角の広がり量と、前記コマ収差によって右方向へ広がる前記発散角の広がり量とを同じにしてもよい。このような構成にすることで、配光パターンの右端と左端とのそれぞれの広がり量が同じとなり得、広がり量が同じにならない場合に比べてメタレンズの設計が容易になり得る。

【0028】

或いは、前記メタ領域は、前記コマ収差によって左方向へ広がる前記発散角の広がり量と前記コマ収差によって右方向へ広がる前記発散角の広がり量との一方を他方よりも大きくしてもよい。このような構成にすることで、配光パターンの右端の広がり量及び配光パターンの左端の広がり量の一方が他方よりも多くなり、車両の運転者は配光パターンが広がった側に位置する対象物を一層視認し易くなり得る。

【0029】

また、メタ領域が、コマ収差が発生するようにメタ領域を透過する光の位相分布を変化させる場合、前記メタ領域は、前記コマ収差が発生しない場合に比べて前記メタ領域を透過する前記光の発散角を前記光によって形成される配光パターンの上下方向に広げてもよい。このような構成にすることで、車両の運転者は、案内標識や路面等の対象物を視認し易くなり得る。

【0030】

また、メタ領域が、コマ収差が発生するようにメタ領域を透過する光の位相分布を変化させる場合、前記メタ領域は、前記コマ収差によって左右方向へ広がる前記発散角の広がり量を前記コマ収差によって上下方向へ広がる前記発散角の広がり量よりも大きくしてもよい。このような構成にすることで、メタレンズを透過する光の光量が変わることなく配光パターンが上下方向よりも左右方向に多く広がり、運転者の視界の広がりは当該配光パターンによって上下方向よりも左右方向に確保され得る。

【0031】

また、前記メタ領域は、前記メタ領域を透過する前記光に含まれる可視光を屈曲する前記メタ領域の屈曲力よりも前記メタ領域を透過する前記光に含まれる赤外光を屈曲する前記メタ領域の屈曲力を小さくすることとしてもよい。

【0032】

前述のように、メタ領域はメタ領域を透過する光の位相分布を変化させる。この位相分布は、複数のセルの配置やそれぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさや形状等に応じて変化する。このため、メタ領域は、これらを調節することで、メタ領域を透過する光の位相分布を変化させ、光に含まれる可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力よりもメタ領域を透過する光に含まれる赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力を小さくする。屈曲力とは、メタ領域がメタ領域を透過する光を曲げる力を示す。屈曲力が小さいほど、メタ領域を透過する光の曲がり角が小さくなり、光の集束が抑制される。従って、例えば太陽光が車両用灯具の外部から車両用灯具の内部に入射しても、この車両用灯具では、太陽光に含まれる赤外光の曲がり角は上記の屈曲力によって太陽光に含まれる可視光の曲がり角よりも小さくなる。このため、この車両用灯具によれば、投影レンズに比べて、メタ領域はメタレンズから光源部に進行する赤外光の集光を抑制し得る。赤外光の集光が抑制されると、投影レンズに比べて、赤外光の集光による光源部の劣化が抑制され得る。

【0033】

また、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力より赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力が小さい場合、前記メタ領域は、波長の比が１：１．５である前記可視光及び前記赤外光において、前記赤外光の位相変調量は前記可視光の位相変調量の０．６倍未満となるように、構成されてもよい。

【0034】

例えばアクリルからなる屈折レンズにおいて、可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力を１とすると、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は概ね０．９８となる。また、例えばポリカーボネートからなる屈折レンズにおいて、可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力を１とすると、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は、概ね０．９８となる。従って、アクリルであってもポリカーボネートであっても、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力の概ね０．９８倍となる。この場合、屈折レンズは赤外光を集光し易くしてしまう。メタ領域の屈曲力は、メタ領域を透過する光の位相変調量と当該光の波長との積の値に概ね比例する。この車両用灯具では、波長の比が１：１．５である可視光及び赤外光において、赤外光の位相変調量が可視光の位相変調量の０．６倍未満となることによって、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力の０．９倍未満となる。赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力と赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力とを可視光を屈曲するそれぞれの屈曲力を基準に比較すると、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力よりも小さくなる。従って、この車両用灯具では、屈折レンズよりも赤外光の集光を抑制し得る。

【0035】

また、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力より赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力が小さい場合、前記可視光の最長波長は、６６０ｎｍであり、前記赤外光の最短波長は、１０００ｎｍであってもよい。

【0036】

また、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力より赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力が小さい場合、前記ナノ構造体の形状は、円柱形状であってもよい。このような構成にすることで、光源部からの可視光がランダム偏光であっても、当該可視光が効率的に屈曲し得る。

【0037】

また、前記メタレンズにおける少なくとも１つの共鳴波長は、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満であることとしてもよい。

【0038】

メタレンズでは、特定の波長の光の透過率が他の波長の光の透過率よりも極端に低くなる現象が生じる場合があり、この特定の波長は一般的に複数あることが知られている。これら特定の波長は、メタレンズにおける光の不透過率がピークとなる波長であり、共鳴波長と呼ばれる。これら共鳴波長は、それぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさや形状、当該ナノ構造体を構成する材料の屈折率等に応じて決まる。この車両用灯具では、上記のように、メタレンズにおける少なくとも１つの共鳴波長は、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満である。一般的に地表近くにおける太陽光には、８００ｎｍから２４００ｎｍの波長帯域の光が含まれる。このため、この車両用灯具によれば、太陽光がメタレンズを透過して光源部に照射されるとき、メタレンズが投影レンズとされる場合と比べて、太陽光のうち８００ｎｍから２４００ｎｍの波長の光の光源部への照射量を低減できる。従って、この車両用灯具によれば、メタレンズが投影レンズとされる場合と比べて、太陽光による光源部の加熱量を少なくし得、太陽光による光源部の劣化を抑制し得る。

【0039】

また、メタレンズにおける少なくとも１つの共鳴波長が、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満である場合、前記少なくとも１つの共鳴波長は、８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に含まれることとしてもよい。

【0040】

一般的に地表近くにおける太陽光の強度は、８００ｎｍ以上の波長帯域において、波長が長くなるに従い小さくなる傾向にある。なお、太陽光の分光分布は、強度が急激に小さくなる谷を複数有する。この谷における最小の強度は、例えば、当該谷の近傍における強度の５０％以下である。このような谷は８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に位置しない傾向にある。このため、上記のような構成にすることで、太陽光がメタレンズを透過して光源部に照射されるときの太陽光による光源部の加熱量を少なくし易い。

【0041】

また、メタレンズにおける少なくとも１つの共鳴波長が、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満である場合、前記光源部から出射する前記光の分光分布は、複数のピークを有し、複数の前記共鳴波長は、複数の前記ピークのそれぞれの波長と異なることとしてもよい。

【0042】

上記分光分布のピークにおける波長の光は、車両用灯具から出射する光の色調に大きく影響する傾向にある。このため、この車両用灯具によれば、出射する光の色調に大きく影響する波長の光のメタレンズでの透過率が低くなることを抑制し得、所望の色調の光を出射し得る。

【0043】

この場合、複数の前記共鳴波長の全ては、前記光源部から出射する前記光の波長帯域に含まれないこととしてもよい。

【0044】

この車両用灯具によれば、少なくとも１つの共鳴波長が光源部から出射する光の波長帯域に含まれる場合と比べて、所望の色調の光を出射し得る。

【0045】

また、メタレンズにおける少なくとも１つの共鳴波長が、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満である場合、前記メタレンズは、当該メタレンズを透過する前記光源部からの前記光の発散角を小さくすることとしてもよい。

【0046】

また、前記光源部から出射する前記光の分光分布は、複数のピークを有し、前記メタレンズにおける複数の共鳴波長は、複数の前記ピークのそれぞれの波長と異なることとしてもよい。

【0047】

この車両用灯具では、上記のように、光源部から出射する光の分光分布は、複数のピークを有するため、この分光分布が１つのピークのみを有する場合と比べて、出射する光の色調を所望の色調にし得る。また、この車両用灯具では、上記のように、メタレンズにおける複数の共鳴波長は、複数のピークのそれぞれの波長と異なる。複数のピークにおけるそれぞれの波長の光は、車両用灯具から出射する光の色調に大きく影響する。このため、この車両用灯具によれば、出射する光の色調に大きく影響する波長の光のメタレンズでの透過率が低くなることを抑制し得、所望の色調の光を出射し得る。

【0048】

また、光源部から出射する光の分光分布が複数のピークを有する場合、前記複数の共鳴波長の少なくとも１つは、複数の前記ピークのそれぞれの波長のうち最短の波長を超えかつ最長の波長未満であることとしてもよい。

【0049】

複数の共鳴波長に上記の最短の波長を超え最長の波長未満である共鳴波長が含まれないようにする場合、それぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさや形状、セルの配列等の設計が複雑になる傾向にある。このため、上記のような構成にすることで、これらの設計が複雑になることを抑制し得る。

【0050】

この場合、互いに隣り合う前記ピーク間において強度が最小である前記光の波長と、前記複数の共鳴波長の前記少なくとも１つとが同じであることとしてもよい。

【0051】

このような構成にすることで、ピーク間において強度が最小である光を除く光の波長と共鳴波長とが同じ場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。

【0052】

また、光源部から出射する光の分光分布が複数のピークを有する場合、前記複数の共鳴波長は、前記光源部からの前記光の波長帯域に含まれる特定の共鳴波長を含み、前記光の分光分布の全体における最大の強度に対する前記光における前記特定の共鳴波長の光の強度の比は、０．１以下であることとしてもよい。

【0053】

このような構成にすることで、上記の比が０.１を超える場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。

【0054】

以上のように本発明によれば、小型化し得る車両用灯具を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0055】

【図1】本発明の第１実施形態における車両用灯具を概略的に示す断面図である。

【図2】図１に示す光源部を概略的に示す正面図である。

【図3】図１に示すメタレンズの一方の主面の一部を拡大して示す正面図である。

【図4】第１実施形態における所定の位相分布の一部を概略的に示す図である。

【図5】第１実施形態における特定の位相分布の一部を概略的に示す図である。

【図6】第２実施形態におけるメタレンズを概略的に示す断面図である。

【図7】第３実施形態におけるメタレンズを概略的に示す断面図である。

【図8】第４実施形態における車両用灯具を図１と同様に示す図である。

【図9】第１変形例に係る保護部材とメタレンズとを概略的に示す断面図である。

【図10】第５実施形態における車両用灯具から当該灯具の前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成されるロービーム用の配光パターンを示す図である。

【図11】第２変形例における配光パターンの一例を示す図である。

【図12】第２変形例における配光パターンの別の一例を示す図である。

【図13】第３変形例における配光パターンの一例を示す図である。

【図14】第４変形例における配光パターンの一例を示す図である。

【図15】第６実施形態におけるナノ構造体の直径と、最長波長が６６０ｎｍである可視光及び最短波長が１０００ｎｍである赤外光のそれぞれの位相変調量との関係を示す図である。

【図16】第７実施形態における車両用灯具を図１と同様に示す図である。

【図17】第７実施形態における光源部から出射する光の分光分布、及びメタレンズの光の透過率分布を概略的に示す図である。

【図18】地表近くでの太陽光の分光分布、及び第７実施形態のメタレンズの光の透過率分布を概略的に示す図である。

【図19】第５変形例に係る光源部から出射する光の分光分布、及びメタレンズの光の透過率分布を図１７と同様に示す図である。

【図20】第８実施形態における光源部から出射する光の分光分布、及びメタレンズの光の透過率分布を概略的に示す図である。

【図21】第６変形例に係る光源部から出射する光の分光分布、及びメタレンズの光の透過率分布を図２０と同様に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0056】

以下、本発明に係る車両用灯具の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。また、本発明は、以下に例示する実施形態における構成要素を適宜組み合わせてもよい。なお、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、各部材の寸法を変えて示す場合がある。

【0057】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における車両用灯具を示す図であり、車両用灯具の鉛直方向の断面を概略的に示す図である。本実施形態の車両用灯具１は自動車用の前照灯とされる。自動車用の前照灯は、一般的に車両の前方の左右方向のそれぞれに備えられるものである。本明細書において「右」とは車両の進行方向において右側を意味し、「左」とは車両の進行方向において左側を意味する。左右の前照灯のそれぞれは、形状が左右方向に概ね対称であることを除いて、同じ構成とされる。このため、本実施形態では、一方の前照灯について説明する。図１に示すように、本実施形態の車両用灯具１は、筐体１０と、光源部２０と、メタレンズ３０とを主な構成として備える。

【0058】

本実施形態の筐体１０は、ランプハウジング１１、フロントカバー１２及びバックカバー１３を主な構成として備える。ランプハウジング１１の前方は開口しており、当該開口を塞ぐようにフロントカバー１２がランプハウジング１１に固定されている。また、ランプハウジング１１の後方には前方よりも小さな開口が形成されており、当該開口を塞ぐようにバックカバー１３がランプハウジング１１に固定されている。

【0059】

ランプハウジング１１と、当該ランプハウジング１１の前方の開口を塞ぐフロントカバー１２と、当該ランプハウジング１１の後方の開口を塞ぐバックカバー１３とによって形成される空間は灯室Ｒであり、この灯室Ｒ内に光源部２０とメタレンズ３０とが収容されている。バックカバー１３は、ランプハウジング１１の後方の開口を通じての光源部２０及びメタレンズ３０の交換のために、ランプハウジング１１に対して開閉可能または着脱可能となっている。フロントカバー１２は透光性を有する材料で構成されており、光源部２０から出射されてメタレンズ３０を透過する光はフロントカバー１２を透過する。ランプハウジング１１及びバックカバー１３は、例えば、樹脂で構成される。

【0060】

図２は、図１に示す光源部２０を概略的に示す正面図である。本実施形態では、図１、図２に示すように、光源部２０は、光を出射する複数の発光素子２１と、複数の発光素子２１が実装される回路基板２２と、を有する。なお、図１、図２では、見易さのため、１つの発光素子２１のみに符号を付し、他の発光素子２１の符号は省略されている。複数の発光素子２１は、マトリックス状に配置されて上下方向及び左右方向に列を形成し、前方に向かって光を出射する。複数の発光素子２１のそれぞれは、発光素子２１のそれぞれに供給される電力によって、出射する光の光量を個別に変更可能とされている。また、これら発光素子２１は白色光を出射する蛍光体方式のＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、光源部２０は所謂ＬＥＤアレイであり、光源部２０から出射する光は所定の波長帯域を有している。なお、発光素子２１の数や構成は、特に限定されるものではない。例えば、発光素子２１は、互いに異なる波長の光を出射する複数のＬＥＤを含む構成であってもよく、互いに異なる波長の光を出射する複数のＬＤ（Laser Diode）を含む構成であってもよい。

【0061】

このような光源部２０は、光を出射させる発光素子２１を選択することで所定の配光パターンを有する光を出射することができ、当該選択を変化させることで所定の配光パターンの外形を変化させることができる。また、光源部２０は、それぞれの発光素子２１から出射する光量を調節することで所定の配光パターンにおける光の強度分布を調節することができる。つまり、光源部２０は、複数の発光素子２１から出射する光の光量に応じた所定の配光パターンを有する光を出射でき、出射する光の配光パターンを変化させることができる。なお、光源部２０は、出射する光の配光パターンを変化させることができなくてもよい。

【0062】

本実施形態の光源部２０から出射する光Ｌの波長は、可視光の波長帯域に含まれる。可視光線の波長帯域は、概ね３８０ｎｍから７８０ｎｍである。光源部２０から出射する光Ｌは、複数の発光素子２１から出射する光であるため、それぞれの発光素子２１から出射する光の波長は光源部２０から出射する光Ｌの波長と概ね同じである。光Ｌの波長は、可視光の波長帯域に含まれなくてもよい。

【0063】

本実施形態のメタレンズ３０は、平板状の部材であり、厚さ方向に透過する光の発散角を調節するように構成される。メタレンズ３０は、光源部２０の前方に配置され、光源部２０から出射する光Ｌは、平面状の一方の主面３１ｓに入射し、平面状の他方の主面３２ｓから出射する。このため、主面３１ｓは光源部２０からの光Ｌが入射する入射面であり、主面３２ｓは、主面３１ｓに入射した光源部２０からの光Ｌが出射する出射面である。

【0064】

図３は、図１に示すメタレンズ３０の一方の主面３１ｓの一部を拡大して示す正面図である。図３に示すように、主面３１ｓは、互いに異なる２方向に区分けされて形成される複数のセル３３を有し、それぞれのセル３３にナノ構造体３５が設けられている。なお、図３には、隣接するセル３３間の境界が破線で示されている。また、見易さのため、１つのセル３３及び１つのナノ構造体３５のみに符号を付し、他のセル３３及びナノ構造体３５の符号は省略されている。本実施形態では、複数のセル３３は、主面３１ｓの全体に亘って配列されており、主面３１ｓの全体がナノ構造体３５を含む複数のセル３３が配列されたメタ領域であると理解できる。また、メタレンズ３０の形状は円板形状であり、複数のセル３３は主面３１ｓの重心３１ｇを基準とする径方向と周方向とに並んでいる。また、特定の位置としてのこの重心３１ｇにおいて主面３１ｓと直交する基準軸３６は光源部２０と交わっている。また、光源部２０の発光素子２１は基準軸３６と概ね垂直な面に沿って配置されている。また、メタレンズ３０の直径は１０ｍｍ以上であり、例えば５０ｍｍである。このため、メタ領域の最小の幅は１０ｍｍ以上である。主面３１ｓにおいてナノ構造体３５を除く領域は平面であり、ナノ構造体３５は主面３１ｓから光源部２０側に向かって延在する突起である。このようなナノ構造体３５は、主面３１ｓへの超微細加工によってメタレンズ３０の一部として構成されており、メタレンズ３０と一体となっている。

【0065】

なお、複数のセル３３の配列、このメタ領域の位置や範囲は、特に制限されるものではない。例えば、メタ領域は、主面３１ｓの一部であってもよく、光源部２０側と反対側の主面３２ｓの少なくとも一部であってもよい。また、メタ領域は、主面３１ｓの少なくとも一部と主面３２ｓの少なくとも一部であってもよい。また、図３に示すセル３３の形状は概ね四角形状であるが、特に制限されない。また、複数のセル３３の大きさや形状は互いに異なっていてもよい。また、メタレンズ３０及びメタ領域の大きさは、特に制限されず、例えば、メタレンズ３０の直径は１０ｍｍより小さくてもよい。また、メタレンズ３０の外形は特に制限されず、例えば、四角形状であってもよい。

【0066】

本実施形態では、ナノ構造体３５の形状は円柱形状であり、直径は光源部２０から出射する光の最長波長より小さい。なお、ナノ構造体３５の幅が、光源部２０から出射する光の最長波長より小さければよく、ナノ構造体３５の形状は特に制限されるものではない。例えば、ナノ構造体３５の形状は、四角柱形状、Ｃ字形状であってもよい。また、ナノ構造体３５は、所定の間隔をあけて並ぶ一対の四角柱等から構成されてもよい。また、それぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の形状は異なっていてもよい。また、それぞれのセル３３に複数のナノ構造体３５が設けられていてもよく、それぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の数は異なっていてもよい。また、メタレンズ３０を構成する材料として、例えば、ガラス、樹脂等が挙げられる。なお、ナノ構造体３５とナノ構造体３５以外の部分とを構成する材料は、同じであってもよく、異なっていてもよい。

【0067】

このようなナノ構造体３５を含むセル３３は、当該セル３３を透過する光Ｌの位相を変調させることができる。そして、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等を調節することで、メタ領域を透過する光Ｌの位相分布を変化させることができ、メタレンズ３０を透過する白色の光Ｌの発散角が変化するようにできる。本実施形態では、光Ｌの発散角が小さくなって所定の発散角となるように、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等が調節されている。このため、メタ領域は、光Ｌの位相を変調して当該光Ｌの発散角が所定の発散角となるように構成されていると理解できる。

【0068】

具体的には、本実施形態のメタ領域は、上記の基準軸３６と平行な参照光が当該メタ領域に入射する場合に、メタレンズ３０から出射する当該参照光の位相分布が、図４に示す所定の位相分布５０を２πで割った余りからなる特定の位相分布となるように、構成される。なお、図４は、本実施形態における所定の位相分布５０の一部を概略的に示す図であり、上記基準軸３６を含む鉛直面での所定の位相分布５０を示す図である。また、メタレンズ３０から出射する参照光の位相分布とは、基準軸３６と垂直な仮想平面での位相分布であり、本実施形態では、当該仮想平面はメタレンズ３０の出射面である主面３２ｓに沿った面での位相分布とされる。図４において、ｘ軸は位相の遅れ量（ｒａｄ）であり、ｙ軸は基準軸３６と主面３２ｓとの交点３２ｐから基準軸３６と垂直な方向への距離であり、ｒはメタレンズ３０の半径である。図４に示すように、基準軸３６を含む鉛直面での所定の位相分布５０は、基準軸３６から当該基準軸３６と垂直な方向に離れるに従い位相の遅れ量が減少するとともに当該位相の遅れ量の減少率が増加する曲線である。そして、図示による説明は省略するが、基準軸３６を含むいずれの平面での所定の位相分布５０は、図４に示す所定の位相分布５０と同様の曲線である。従って、所定の位相分布５０は、基準軸３６から離れるに従い位相の遅れ量が減少するとともに当該位相の遅れ量の減少率が増加する位相分布であると理解できる。ここで、上記の参照光の位相分布がこのような所定の位相分布５０となるようにメタ領域が構成されることで、メタ領域を透過してメタレンズ３０から出射する光の発散角を小さくできる。また、２πの整数倍だけ光の位相が遅れる場合、当該光の波面は位相が遅れていない光の波面と同じであるとみなすことができる。従って、上記の参照光の位相分布が所定の位相分布５０を２πで割った余りからなる特定の位相分布となるようにメタ領域が構成される本実施形態のメタレンズ３０であっても、光Ｌの発散角を小さくできる。なお、所定の位相分布５０は、基準軸３６から離れるに従い位相の遅れ量が減少するとともに当該位相の遅れ量の減少率が増加する位相分布であればよく、発散角の調節度合い等に応じて、これら位相の遅れ量及び当該位相の遅れ量の減少率が調節される。また、基準軸３６は、重心３１ｇを通るものに制限されるものではなく、メタ領域における特定の位置において当該メタ領域と直交するものであればよい。

【0069】

また、本実施形態では、図５に示すように、所定の位相分布５０を２πで割った余りからなる特定の位相分布６０は、複数のピーク６１を有する。なお、図５は、本実施形態における特定の位相分布６０の一部を概略的に示す図であり、上記基準軸３６を含む鉛直面での特定の位相分布６０の一部を示す図である。図５において、ｘ軸は位相の遅れ量（ｒａｄ）であり、ｙ軸は基準軸３６と主面３２ｓとの交点３２ｐから基準軸３６と垂直な方向への距離であり、ｒはメタレンズ３０の半径である。また、図５には、ｙ＝ｒを示す点線及びｘ＝２πを示す点線が記載されている。また、図５では、見易さのため、４つのピーク６１のみに符号を付して、他のピーク６１の符号は省略されている。図５に示すように、基準軸３６を含む鉛直面での特定の位相分布６０おける位相の遅れ量は、基準軸３６から当該基準軸３６と垂直な方向に離れるに従い２πに限りなく近い値から減少してゼロとなる変化を周期的に繰り返す。この周期の幅は、基準軸３６から離れるに従い狭くなっており、最大の幅は概ね４００μｍ程度であり、この幅が最大の周期に隣接する周期の幅は１００μｍ程度である。また、最小の幅は概ね１μｍ程度である。なお、上記ように、基準軸３６を含むいずれの平面での所定の位相分布５０は、図４に示す所定の位相分布５０と同様の曲線である。このため、基準軸３６を含むいずれの平面での特定の位相分布６０おける位相の遅れ量は、基準軸３６から離れるに従い２πに限りなく近い値から減少してゼロとなる変化を周期的に繰り返す。従って、特定の位相分布６０における位相の遅れ量は、基準軸３６から離れるに従い上記の変化を周期的に繰り返すと理解できる。ここで、上記の変化の１周期に対して配置されるセルの数が少ないほど、メタ領域によって変調された位相分布と特定の位相分布６０とのずれが大きくなり、メタ領域に入射する光のエネルギーに対する特定の位相分布６０に応じた発散角でメタ領域から出射する光のエネルギーの割合が低くなる傾向にある。本実施形態では、基準軸３６に沿って見る場合に、重心３１ｇから離れる方向において互いに隣り合うピーク６１間に２つ以上のセル３３が位置するように、複数のセル３３が配列される。つまり、上記の変化の１周期に対して２つ以上のセル３３が配置されることになる。このようにセル３３が配置されることで、メタレンズ３０による光のエネルギーのロスを車両用灯具におけるレンズに好適に使用できる程度に小さくし易くできる。また、本実施形態では、ナノ構造体３５の形状は円柱形状である。そして、発明者は、上記の変化の１周期に対して３つ以上のセル３３が配置されるとともに、ナノ構造体３５の形状が円柱形状であることによって、メタ領域に入射する光のエネルギーに対する特定の位相分布６０に応じた発散角でメタ領域から出射する光のエネルギーの割合を６０％以上にし得ることを見出した。このため、メタレンズ３０における光のエネルギーのロスを低減する観点では、このような構成にすることが好ましい。また、本実施形態では、特定の位相分布６０は、３つ以上のピーク６１を有する。また、基準軸３６に沿って見る場合に重心３１ｇから離れる方向において互いに隣り合うピーク６１間に位置するセル３３の数は、重心３１ｇから離れるに従い少なくなる。

【0070】

本実施形態の車両用灯具１では、このようなメタレンズ３０で発散角が小さくなるように調節された光Ｌがフロントカバー１２を介して車両の前方へ向けて出射する。このため、本実施形態の車両用灯具１は、出射する光の配光パターンの大きさを所望の大きさにし易い。また、上記のように、光源部２０は出射する光の配光パターンを変化させることができる。このため、車両用灯具１によれば、例えば、ハイビームとロービームとを切り替えて出射したり、ＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）を出射したりし得る。

【0071】

以上説明したように、本実施形態の車両用灯具１は、光源部２０とメタレンズ３０とを備える。メタレンズ３０は、メタ領域としての主面３１ｓを有する。この主面３１ｓには、光源部２０から出射する光Ｌの最長波長より小さいナノ構造体３５を含む複数のセル３３が配列され、光源部２０から出射する光Ｌがこの主面３１ｓを透過する。メタ領域としての主面３１ｓは、当該主面３１ｓを透過する光Ｌの位相分布を変化させる。ここで、車両用灯具における投影レンズでは、一般的に入射面及び出射面の少なくとも一方が湾曲する面であり、この湾曲する面の形状を調節することで光源部から出射する光の発散角を調節している。このため、このような投影レンズでは、当該湾曲する面を形成するためにある程度の厚さが必要となる。一方、本実施形態の車両用灯具１におけるメタレンズ３０は、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさ等を調節することで、光源部からの光Ｌの位相分布を変化させて、当該光Ｌの発散角を調節できる。このため、本実施形態のメタレンズ３０は、メタ領域としての主面３１ｓの曲率を上記の投影レンズの曲面の曲率より小さくして、例えば主面３１ｓを平面状にしても光源部２０からの光の発散角を調節でき、上記の投影レンズより薄くできる。このため、本実施形態の車両用灯具１によれば、上記の投影レンズによって光源部２０からの光Ｌの発散角を調節する場合と比べて、小型化できる。

【0072】

一般的にレンズを大きくすることで当該レンズから出射する光の量を多くし易くなる。本実施形態では、メタ領域としての主面３１ｓの最小の幅は、１０ｍｍ以上である。このため、本実施形態では、メタレンズ３０から出射する光の配光パターンを、車両用前照灯から出射する光の配光パターンとして必要な明るさにし易くできる。なお、車両用前照灯から出射する光の配光パターンとして、例えば、ロービームやハイビームの配光パターンが挙げられる。

【0073】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。本実施形態では、メタレンズ３０の構成が第１実施形態と異なる。

【0074】

図６は、本実施形態におけるメタレンズを概略的に示す断面図であり、メタレンズの厚さ方向の断面を概略的に示す図である。図６に示すように、本実施形態のメタレンズ３０では、光源部２０からの光Ｌが入射する入射面としての主面３１ｓの全体は、外側に向かって凸状に湾曲した湾曲面である。このように湾曲する主面３１ｓでは、光源部２０からの光Ｌの発散角が小さくなるように当該光Ｌが屈折する。また、光源部２０からの光Ｌが出射する出射面としての主面３２ｓの全体がナノ構造体３５を含む複数のセル３３が配列されたメタ領域であり、主面３１ｓに入射した光源部２０からの光Ｌが当該メタ領域を透過する。また、基準軸３６は、主面３２ｓにおける特定の位置としての重心３２ｇにおいて主面３２ｓと直交しており、光源部２０と交わっている。そして、第１実施形態と同様に、メタ領域は、上記の基準軸３６と平行な参照光が当該メタ領域に入射する場合にメタレンズ３０から出射する当該参照光の位相分布が所定の位相分布５０を２πで割った余りからなる特定の位相分布６０となるように、構成される。なお、入射面としての主面３１ｓは、外側に向かって凸状に湾曲して光源部２０からの光Ｌの発散角が小さくなるように当該光Ｌを屈折すればよく、一部が外側に向かって凸状に湾曲する構成であってもよい。

【0075】

一般的にメタ領域に入射する光の発散角が大きくなると、メタ領域の設計が複雑になる傾向にある。本実施形態のメタレンズ３０では、光源部２０からの光Ｌは、湾曲した入射面である主面３１ｓによって発散角が小さくされた後に、メタ領域としての主面３２ｓに入射する。このため、本実施形態では、主面３１ｓが平面である場合と比べて、メタ領域に入射する光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくできる。従って、本実施形態の車両用灯具１によれば、メタ領域の設計が複雑になることを抑制し得、本実施形態のように光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくするときに特に有用である。

【0076】

なお、主面３１ｓの少なくとも一部がメタ領域であり、主面３２ｓが外方に凸状に湾曲し、メタ領域を透過した光Ｌが主面３２ｓから出射してもよい。一般的にメタ領域によって光の発散角を調節する角度が大きくなると、メタ領域の設計が複雑になる傾向にある。このような構成によれば、主面３２ｓが平面である場合と比べて、メタ領域によって光Ｌの発散角を小さくする角度を小さくでき、メタ領域の設計が複雑になることを抑制し得る。

【0077】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。本実施形態では、メタレンズ３０の構成が第１実施形態と異なる。

【0078】

図７は、本実施形態におけるメタレンズ３０を概略的に示す断面図であり、メタレンズ３０の厚さ方向の断面を概略的に示す図である。図７に示すように、本実施形態のメタレンズ３０では、光源部２０からの光Ｌが入射する入射面としての平面状の主面３１ｓには、複数の溝３７が設けられる。なお、図７では、見易さのため、溝３７は誇張されて記載され、１つの溝３７のみに符号を付して、他の溝３７の符号は省略されている。それぞれの溝３７は、主面３１ｓの中心である重心３１ｇを中心とする円に沿うように延在している。このように複数の溝３７が設けられた主面３１ｓでは、光源部２０からの光Ｌの発散角が小さくなるように当該光Ｌが回折する。つまり、光Ｌがこのように回折するように溝３７の形状、深さ、幅、及び位置等が調節されており、主面３１ｓはこのように光Ｌを回折すると理解できる。また、光源部２０からの光Ｌが出射する主面３２ｓの全体がナノ構造体３５を含む複数のセル３３が配列されたメタ領域であり、当該メタ領域を光源部２０からの光Ｌが透過する。また、基準軸３６は、主面３２ｓにおける特定の位置としての重心３２ｇにおいて主面３２ｓと直交しており、光源部２０と交わっている。そして、第１実施形態と同様に、メタ領域は、上記の基準軸３６と平行な参照光が当該メタ領域に入射する場合にメタレンズから出射する当該参照光の位相分布が所定の位相分布５０を２πで割った余りからなる特定の位相分布６０となるように、構成される。なお、入射面としての主面３１ｓは、複数の溝３７が設けられ光源部２０からの光Ｌの発散角が小さくなるように当該光Ｌを回折すればよく、溝３７の形状、数、位置等は制限されるものではない。また、湾曲した主面３１ｓに溝３７が設けられてもよい。

【0079】

また、本実施形態のメタレンズ３０では、光源部２０からの光Ｌは、入射面である主面３１ｓによって発散角が小さくされた後に、メタ領域に入射される。このため、光源部２０からの光Ｌが入射する主面３１ｓが平面である場合と比べて、メタ領域によって主面３１ｓに入射した光Ｌの発散角を小さくする角度を小さくし得る。従って、本実施形態の車両用灯具１によれば、メタ領域の設計が複雑になることを抑制し得、本実施形態のように光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくするときに特に有用である。

【0080】

なお、メタ領域の設計が複雑になることを抑制する観点では、主面３１ｓが外側に向かって凸状に湾曲した主面３１ｓに複数の溝３７が設けられ、当該主面３１ｓが光源部２０からの光Ｌを回折してもよい。また、主面３１ｓの少なくとも一部がメタ領域であり、主面３２ｓがメタ領域を透過した光Ｌを発散角が小さくなるように回折してもよい。このような構成によれば、主面３２ｓが平面である場合と比べて、メタ領域によって光Ｌの発散角を小さくする角度を小さくし得、メタ領域の設計が複雑になることを抑制し得る。

【0081】

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。

【0082】

図８は、本実施形態における車両用灯具１を図１と同様に示す図である。なお、図８では、筐体１０及び光源部２０の記載の省略されている。図８に示すように、本実施形態の車両用灯具１は、光透過性を有する保護部材４０を更に有する点で、第１実施形態の車両用灯具１と異なる。

【0083】

本実施形態の保護部材４０は、本体部４１とリブ４２とからなる。本体部４１は、円板状の部材であり、一方の主面４３ｓがメタレンズ３０の主面３１ｓと所定の間隔をあけて対向するように配置される。基準軸３６と平行な方向において、メタ領域としての主面３１ｓの全体が本体部４１と重なっている。リブ４２は、本体部４１の主面４３ｓに設けられ、メタレンズ３０側に向かって突出する。このリブ４２は本体部４１の外縁に沿って全周に亘って延在している。リブ４２の内周面が全周に亘ってメタレンズ３０の外周面に接着され、保護部材４０がメタレンズ３０に固定されている。このような保護部材４０は、メタ領域としての主面３１ｓと非接触で当該主面３１ｓを覆っており、保護部材４０とメタレンズ３０とによって形成される閉空間４５に主面３１ｓが露出している。本体部４１とリブ４２とは一体に形成され、保護部材４０を構成する材料として、例えば、ガラス、樹脂等が挙げられる。

【0084】

本実施形態では、光源部２０から出射する光Ｌは、保護部材４０の本体部４１を透過してメタレンズ３０に入射し、当該メタレンズ３０で光Ｌの発散角が調整され、発散角が調節された光Ｌがフロントカバー１２を介して車両の前方へ向けて出射する。本実施形態では、上記のように、保護部材４０はメタ領域としての主面３１ｓを覆う。このため、それぞれのナノ構造体３５の間に埃等が入り込んだり、ナノ構造体３５に埃等が付着したり、ナノ構造体３５に傷がつくことを抑制でき、光源部２０からの光Ｌの発散角を適切に調節し得る。

【0085】

なお、保護部材４０のリブ４２には、閉空間４５と外部とを連通させる穴等の連通部が設けられてもよい。しかし、それぞれのナノ構造体３５の間に埃等が入り込んだり、ナノ構造体３５に埃等が付着したりすることを抑制する観点では、保護部材４０にはこのような穴が設けられないことが好ましい。

【0086】

また、保護部材４０はナノ構造体３５に接触していてもよく、例えば、図９に示すように、保護部材４０の本体部４１はそれぞれのナノ構造体３５の間を埋めていてもよい。なお、図９は、第１変形例に係る保護部材４０とメタレンズ３０とを概略的に示す断面図であり、保護部材４０及びメタレンズ３０の厚さ方向の断面の一部を概略的に示す図である。また、図９では、見易さのため、１つのナノ構造体３５のみに符号を付し、他のナノ構造体３５の符号は省略されている。この場合、保護部材４０の屈折率は、メタレンズ３０の屈折率より低くする。このような構成であっても、メタレンズ３０で光Ｌの発散角を調整できる。

【0087】

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。本実施形態では、メタレンズ３０の構成が第１実施形態と異なる。

【0088】

本実施形態のメタレンズ３０におけるメタ領域は、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等が調節されて、コマ収差が発生するようにメタ領域を透過する光Ｌの位相分布を変化させている。コマ収差とは、像面における点像が一点に結像せず、彗星状の尾を引くように広がって結像する収差である。像面において光は、コマ収差によって、点像から点像の周囲に放射状に拡散するのではなく、点像からある方向に伸びる。これにより、光の発散角がコマ収差によって広がると理解できる。

【0089】

本実施形態のメタ領域は、上記のコマ収差が発生しない場合に比べてコマ収差によってメタ領域を透過する光Ｌの発散角を広げている。光Ｌの発散角の広がりによって、メタ領域を透過する光Ｌによって形成される配光パターンは、コマ収差が発生しない場合に比べて広がった状態で車両用灯具１の外部に投影される。

【0090】

図１０は、本実施形態における左右の車両用灯具１から当該灯具の前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成されるロービーム用の配光パターンを示す図である。図１０では、コマ収差が発生しているメタレンズ３０から投影された配光パターン７０を実線で示す。また、図１０では、コマ収差が発生していないメタレンズから投影された配光パターン８０を破線で示している。

【0091】

図１０では、配光パターン７０，８０の明瞭化のために、配光パターン８０の上端及び下端を、配光パターン７０の上端及び下端よりも内側に図示しているが、配光パターン８０の上端及び下端は配光パターン７０の上端及び下端と同じ位置に位置する。配光パターン７０，８０の中心は、同じ位置に位置するものとする。

【0092】

図１０において、Ｓは水平線を示し、Ｃは、左右方向における配光パターン７０の中心を通り、配光パターン７０に直交して車両の前後に延びる基準軸を示し、Ｖは基準軸Ｃに対して直交している鉛直線を示す。配光パターン７０は、上端に、カットオフラインＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３を有する。カットオフラインＣＬ１は、カットオフラインＣＬ２を基準としてカットオフラインＣＬ３とは反対側に設けられている。カットオフラインＣＬ１とカットオフラインＣＬ２との交点は、エルボー点ＥＰと称される。エルボー点ＥＰは、水平線Ｓより下方かつ鉛直線Ｖ上に位置する。エルボー点ＥＰは、水平線Ｓより下方かつ鉛直線Ｖの近傍に位置してもよい。カットオフラインＣＬ１は、エルボー点ＥＰから車両の左右方向の一方側である右側に水平方向に延在する。カットオフラインＣＬ２は、エルボー点ＥＰから車両の上下左右方向における左斜め上方に向かって延在している。エルボー点ＥＰ側とは反対側におけるカットオフラインＣＬ２の端は、水平線Ｓより上方に位置している。カットオフラインＣＬ３は、カットオフラインＣＬ２の上記した端から、車両の左右方向における左側に水平方向に延在する。配光パターン７０の光量分布として、光量は、エルボー点ＥＰの近傍に位置するホットゾーンＨＺＬにおいて最も多く、ホットゾーンＨＺＬから離れるに従って徐々に減少する。

【0093】

本実施形態のメタ領域は、配光パターン７０における点像を配光パターン７０の左右方向において配光パターン７０の内側から配光パターン７０の外側に向かって伸ばすコマ収差が発生するように、メタ領域を透過する光Ｌの位相分布を変化させている。これにより、本実施形態のメタ領域は、コマ収差が発生しない場合に比べてコマ収差によって光Ｌの発散角を光Ｌによって形成される配光パターン７０の左右方向に広げており、配光パターン７０の左右方向において配光パターン７０を配光パターン８０よりも広げている。配光パターン７０のうち、Ｖ線と配光パターン７０の左端との間の配光パターン７０の一部を領域７０ａとして、Ｖ線と配光パターン７０の右端との間の配光パターン７０の残りの一部を領域７０ｂとする。メタ領域は、メタレンズ３０を鉛直方向から見る場合に、領域７０ａを形成する光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから左方向に広げる。また、メタ領域は、メタレンズ３０を鉛直方向から見る場合に、領域７０ｂを形成する光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから右方向に広げる。これにより、配光パターン７０は、領域７０ａにおいて配光パターン８０の左端が外側である左側方に広がると共に、領域７０ｂにおいて配光パターン８０の右端が外側である右側方に広がるような配光パターンとなる。メタ領域は、領域７０ａを形成し左方向へ広がる光Ｌの発散角と領域７０ｂを形成し右方向へ広がる光Ｌの発散角とを同じにしている。これにより、配光パターン７０の右端と左端とのそれぞれの広がり量が同じとなり得、広がり量が同じにならない場合に比べてメタレンズ３０の設計が容易になり得る。

【0094】

上記のように、本実施形態のメタ領域は、コマ収差が発生するようにメタ領域を透過する光Ｌの位相分布を変化させ、コマ収差が発生しない場合に比べてメタ領域を透過する光Ｌの発散角を配光パターン７０の左右方向に広げる。

【0095】

メタレンズ３０では、コマ収差が発生しない場合であっても、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等を調節することで光Ｌの発散角が広がり得る。しかしながら、本実施形態のメタ領域では、コマ収差が発生しない場合において広がった発散角と同じ発散角であっても、コマ収差による光Ｌの伸びによって発散角を左右方向にさらに広げることができる。従って、本実施形態の車両用灯具１によれば、コマ収差が発生せずに光Ｌの発散角を広げたメタレンズ３０から投影される配光パターンよりも、配光パターン７０は左右方向にさらに広がり得る。

【0096】

また、一般的に、湾曲する面を備える前述のような投影レンズはコマ収差が抑制されるように設計されている。このため、投影レンズを用いる場合、光源部からの光の発散角の広がりが投影レンズによって抑制され、車両用灯具の外部に投影される配光パターンの広がりが抑制される。これに対して、本実施形態の投影レンズとして構成されるメタレンズ３０のメタ領域では、コマ収差を発生させることで光源部２０からの光Ｌの発散角が上記のように広がるため、配光パターン７０は投影レンズから投影される配光パターンよりも広がり得る。

【0097】

また、前述した特許文献２の車両用灯具では、配光パターンを広げるために投影レンズ及び付加レンズの両方が用いられている。しかし、本実施形態のメタレンズ３０では、このように投影レンズ及び投影レンズとは別のレンズによって配光パターンが広がる場合に比べて、投影レンズとレンズとの相対位置を調節する必要がなく、部品点数が削減され得、車両用灯具１の重量が削減され得る。また、上記した投影レンズ及び上記した別のレンズによって光の発散角を広げる場合に比べて、本実施形態の車両用灯具１では、１枚のメタレンズ３０で光Ｌの発散角を広げられ、小型化できる。

【0098】

また、配光パターン７０の広がり量は光Ｌの発散角の広がり量によって調節され、発散角の広がり量はコマ収差の程度である光Ｌの上記の伸びによって調節され、光Ｌの伸びは複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等によって調節される。このようにメタレンズ３０の設計の自由度は高くされるため、本実施形態の車両用灯具１では、加工精度によってコマ収差が意図せずに発生してしまう投影レンズに比べて、配光パターン７０の広がり量が容易に制御され得る。

【0099】

なお、投影レンズにコマ収差を意図して発生させようとしても、投影レンズの形状や、投影レンズによって投影される配光パターンにおける光量分布等の兼ね合いで、当該配光パターンの広がり量の自由度が制限されてしまう。しかしながら、本実施形態の車両用灯具１では、上記したコマ収差の程度の調節によって、コマ収差を意図して発生させる投影レンズに比べて、配光パターン７０の広がり量の自由度が向上し得る。

【0100】

また、投影レンズにコマ収差が発生しても、光Ｌの発散角が左右方向において配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向に広がるとは限らず、左右方向において配光パターンが容易に広がるとは限らない。しかしながら、本実施形態の車両用灯具１では、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等の調節によって、左右方向において配光パターン７０は容易に広がり得る。また、本実施形態の車両用灯具１では、左右方向に配光パターン７０が広がるようにコマ収差を意図して発生させる投影レンズの制作に比べて、メタレンズ３０を容易に制作できる。

【0101】

本実施形態のメタレンズ３０で用いられているコマ収差以外で光が発散する収差として、球面収差、非点収差、及び、像面収差が挙げられる。これら３つの収差では、像面における光が基準となる点像から点像の周囲に放射状に拡散することもある。従って、これら３つの収差では、コマ収差のように、配光パターンの外側だけでなく、配光パターンの内側にも像のボケが広がる。このため、これら３つの収差のうちのいずれかによって広がる配光パターンは、コマ収差によって広がる配光パターンに比べて効率的に広がらない。これに対して、本実施形態のメタレンズ３０では、コマ収差によって光Ｌの発散角を左右方向においてのみ配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向に広げているため、他の３つの収差に比べて配光パターン７０を左右方向に効率的に広げ易くなり、広がる方向が一方向に規定され得る。また、３つの収差では、上記した拡散によって、配光パターンの左右の端において明るさのぼやけが発生してしまうことがある。これに対して、本実施形態のメタレンズ３０では、コマ収差によって配光パターンを広がる方向が左右方向における配光パターンの外側となるように制御される。従って、本実施形態のメタレンズ３０では、配光パターンの左右の端周辺において光量が内側から外側に徐々に少なくなり得、他の３つの収差に比べて配光パターンの左右の端における明るさのぼやけが抑制され得る。

【0102】

上記したように、像面において光はコマ収差によって点像からある方向に伸び、光の伸び量は像面における点像から当該点像から広がる彗星状の発散光の最外角までの広がり角に相当する。コマ収差によって伸びる光における光量は、点像において最も多く、点像から離れるほど徐々に少なくなる。本実施形態のメタレンズ３０では、広がる配光パターン７０が左右の端における光量は配光パターン７０の中心側から外側に向かって徐々に少なくなり、配光パターン７０の左右端における配光ムラの発生が抑制され得る。また、配光パターン７０における配光ムラを抑制する観点から、光の伸び量は、像面における点像を形成する光の広がり角度の１５％程度であればよく、当該広がり角度の５０％であれば非常に有効である。

【0103】

配光パターン７０は、ロービーム用の配光パターンとして説明したが、ハイビーム用の配光パターンであってもよい。

【0104】

メタ領域は、配光パターン７０の中心部はコマ収差が抑制され、配光パターン７０の端部に向かうにしたがって発散角を広げてもよい。これにより中心部の光量が保たれつつ、運転者の視界の広がりも確保される。また、メタ領域は、領域７０ａを形成し左方向へ広がる光Ｌの発散角と領域７０ｂを形成し右方向へ広がる光Ｌの発散角との一方を広げてもよい。これにより、配光パターン７０の右端と左端との一方のみが広がり得る。また、メタ領域は、領域７０ａを形成し左方向へ広がる少なくとも一部の光Ｌの発散角を広げてもよい。これにより、配光パターン７０の左端の少なくとも一部は、広がり得る。また、メタ領域は、領域７０ｂを形成し右方向へ広がる少なくとも一部の光Ｌの発散角を広げてもよい。これにより、配光パターン７０の右端の少なくとも一部は、広がり得る。

【0105】

コマ収差が発生するように光Ｌの位相分布を変化させるメタ領域を有するメタレンズ３０を備える車両用灯具１について、第５実施形態を例に説明したが、このような車両用灯具１はこれに限定されるものではない。このような車両用灯具１の変形例である第２変形例、第３変形例、及び第４変形例について以下に説明する。

【0106】

まず、第２変形例について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、第２変形例における配光パターンの一例を示す図であり、図１２は、第２変形例における配光パターンの別の一例を示す図である。本変形例のメタ領域は、領域７０ａを形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから左方向へ広がる光Ｌの発散角と領域７０ｂを形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから左方向へ広がる光Ｌの発散角との一方を他方よりも大きくしてもよい。これにより、配光パターン７０の右端の広がり量及び配光パターン７０の左端の広がり量の一方が他方よりも多くなる。例えば、メタ領域が領域７０ａを形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから左方向へ広がる光Ｌの発散角を領域７０ｂを形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから右方向へ広がる光Ｌの発散角よりも大きくすると、図１１に示すように配光パターン７０が右端よりも左端に広く広がる。この場合、走行車線側の歩道に位置する歩行者や道路標識等の対象物への光Ｌの照射範囲は広がり得る。また、例えば、メタ領域が領域７０ｂを形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから右方向へ広がる光Ｌの発散角を領域７０ａを形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから左方向へ広がる光Ｌの発散角よりも大きくすると、図１２に示すように配光パターン７０が左端よりも右端に広く広がる。この場合、対向車線側の歩道に位置する歩行者等の対象物への光Ｌの照射範囲が広がり得る。従って、車両の運転者は、配光パターンが広がった側に位置する対象物を一層視認し易くなり得る。

【0107】

次に、第３変形例について図１３を用いて説明する。図１３は、第３変形例における配光パターンの一例を示す図である。本変形例の配光パターン７０は、左側の車両用灯具１から投影される配光パターン７１と、右側の車両用灯具１から投影される配光パターン７３との重なりあいによって構成される。配光パターン７１，７３を見易くするために、配光パターン７１には左斜め上方に延在するハッチングを付しており、配光パターン７３には右斜め上方に延在するハッチングを付している。配光パターン７１の左端は、配光パターン７３の左端よりも外側に位置する。また、配光パターン７３の右端は、配光パターン７１の右端よりも外側に位置する。

【0108】

配光パターン８０は、配光パターン７０と同様に、左右それぞれの車両用灯具１から投影される配光パターンの重なりによって形成される。配光パターン７１，７３と区別し易くするために、配光パターン８０にはハッチングを付していない。

【0109】

左側の車両用灯具１のメタ領域は、光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向である当該光軸から左方向に広げる。これにより、配光パターン７１の左端は、配光パターン８０の左端よりも左方向に広がる。また、右側の車両用灯具１のメタ領域は光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向である当該光軸から右方向に広げる。これにより、配光パターン７３の左端は、配光パターン８０の右端よりも右方向に広がる。

【0110】

このように、左右それぞれの車両用灯具１から投影される配光パターン７１，７３の重ね合わせによって配光パターン７０が形成される場合であっても、配光パターン７０を左右に広げることができる。また本変形例では、例えば左側用のメタレンズ３０を、交換前の左側用のメタレンズ３０とはコマ収差の程度が異なる別の左側用のメタレンズ３０と交換することで、配光パターンの左方向における広がりを調節できる。

【0111】

次に、第４変形例について図１４を用いて説明する。図１４は、第４変形例における配光パターンの一例を示す図である。図１４において、Ｓ１は、水平線Ｓに平行な線であり、配光パターン７０の中心を通る線である。配光パターン７０のうち、Ｓ１線と配光パターン７０の上端との間の配光パターン７０の一部を領域７０ｃとして、Ｓ１線と配光パターンの下端との間の配光パターン７０の残りの一部を領域７０ｄとする。配光パターン７０はロービーム用であり、カットラインの位置を固定する必要がある。このため、メタ領域は、メタレンズ３０を水平方向から見る場合に、領域７０ｃを形成する光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向である当該光軸から上方向に広げず、領域７０ｄを形成する光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向である当該光軸から下方向に広げる。これにより、配光パターン７０は、領域７０ｄにおいて配光パターン８０の下端が外側である下方に広がるような配光パターンとなる。なお、例えば、配光パターン７０がハイビーム用の配光パターンである場合、メタ領域は、メタレンズ３０を水平方向から見る場合に、領域７０ｃを形成する光Ｌの発散角をコマ収差によって配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向である当該光軸から上方向に広げてもよい。これにより、配光パターン７０は、領域７０ｃにおいて配光パターン８０の上端が外側である上方に広がるような配光パターンとなる。このようにメタ領域は、配光パターン７０における点像を配光パターン７０の上下方向において配光パターン７０の内側から配光パターン７０の外側に向かって伸ばすコマ収差が発生するように、メタ領域を透過する光Ｌの位相分布を変化させている。これにより、メタ領域は、コマ収差が発生しない場合に比べて光Ｌの発散角を配光パターンの上下方向において配光パターン７０の基準軸Ｃから離れる方向に広げて、配光パターン８０に比べて配光パターン７０を配光パターンの高さ方向である上下方向にも広げている。この場合、車両の運転者は、案内標識や路面等の対象物を視認し易くなり得る。

【0112】

また、メタ領域は、左右方向における配光パターン７０の端側を形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから左右方向へ広がる光Ｌの発散角を上下方向における配光パターン７０の端側を形成し配光パターン７０の基準軸Ｃから上下方向へ広がる光Ｌの発散角よりも広げている。これにより、配光パターン７０の左右両端のそれぞれの広がり量は配光パターン７０の下端の広がり量よりも多くなり、メタレンズ３０から出射する光の光量が変わることなく配光パターン７０は配光パターン７０の上下方向よりも左右方向に多く広がる。これにより、運転者の視界の広がりは当該配光パターンによって上下方向よりも左右方向に確保され得る。また、配光パターン７０の左右両端のそれぞれの広がり量が配光パターン７０の下端の広がり量よりも多くならない場合に比べて、車両の運転者は、歩行者、及び道路標識等の対象物を一層視認し易くなり得る。

【0113】

なお、メタ領域は、配光パターン７０の下端側を形成する光Ｌの発散角を広げなくてもよいし、配光パターン７０の上端側を形成する光Ｌの発散角を広げてもよい。或いは、メタ領域は、左右方向における配光パターン７０の端側を形成する光Ｌの発散角よりも上下方向における配光パターン７０の端側を形成する光Ｌの発散角を広げてもよい。これにより、配光パターン７０は、配光パターン７０の左右方向よりも上下方向に多く広がる。

【0114】

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。本実施形態では、メタレンズ３０の構成が第１実施形態と異なる。

【0115】

図１に示すように、例えば日中に車両が上り坂を走行している場合において、例えば太陽光などの光が車両用灯具１の外部からフロントカバー１２を介して車両用灯具１の筐体１０の内部に入射することがある。筐体１０の内部に入射した光は、メタレンズ３０において主面３２ｓに入射し主面３１ｓから光源部２０に向かって出射し、光源部２０からの光Ｌとは逆方向に進行して光源部２０に集光することがある。光の集光によって、光源部２０は劣化するおそれがある。本実施形態のメタ領域は屈曲力によって集光を抑制しており、当該屈曲力について以下に説明する。また、以下において、光に含まれる可視光の最長波長は６６０ｎｍであり、光に含まれる赤外光の最短波長が１０００ｎｍであり、この場合のそれぞれの光の波長の比が１：１．５であるものとして説明する。

【0116】

屈曲力とは、屈折レンズやメタ領域がそれぞれを透過する光を曲げる力を示す。屈曲力が小さいほど、それぞれを透過する光の曲がり角が小さくなり、光の集束が抑制される。

【0117】

次に、１枚の屈折レンズの屈曲力について説明する。屈折レンズの主な材質として、アクリルまたはポリカーボネートが挙げられる。アクリルからなる屈折レンズの屈折率は、可視光に対して１．４８９であり、赤外光に対して１．４８３である。また、ポリカーボネートからなる屈折レンズの屈折率は、可視光に対して１．５７９であり、赤外光に対して１．５６８である。

【0118】

１枚の屈折レンズの焦点距離は「屈折率－１」に反比例するため、当該屈折レンズの屈曲力は「屈折率－１」に比例する。このため、アクリルからなる屈折レンズにおいて、可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力を１とすると、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は概ね０．９８となる。また、ポリカーボネートからなる屈折レンズにおいて、可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力を１とすると、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は、概ね０．９８となる。

【0119】

従って、アクリルであってもポリカーボネートであっても、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は、可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力の概ね０．９８倍となる。この場合、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力と概ね同じであるため、赤外光の曲がり角は可視光の曲がり角と概ね同じとなり、赤外光を屈曲する屈折レンズの焦点距離は可視光の場合の焦点距離と概ね同じとなる。従って、屈折レンズは、赤外光を集光し易くしてしまう。

【0120】

次に、メタ領域の屈曲力について説明する。メタ領域を透過する光の位相分布は、上記したようにメタ領域によって変化される。位相は光の波面の進み遅れを表すため、位相分布が与えられた光は波面に傾きを持つ。光は波面に垂直となる向きへ進行するため、上記の効果によってメタ領域において位相を変調された光は元の進行方向と異なる向きへ波面が傾き、光の進行方向が屈曲される。このため、メタ領域を透過する光を屈曲するメタ領域の屈曲力は、当該光の位相変調量と当該光の波長との積の値に概ね比例する。上記のように、メタ領域は、メタ領域を透過する光の位相分布を変化させる。この位相分布は、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等に応じて変化する。これらの調節によって、メタ領域はメタ領域を透過する光の位相分布を変化する。また、メタ領域では、当該変化によって当該光の位相変調量を変化させている。本実施形態のメタ領域において、上記の調節によって可視光の位相変調量と赤外光の位相変調量との比は４：１とされており、可視光の上記の最長波長と赤外光の上記の最短波長との比は上記の１：１．５である。従って、この場合において、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力と赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力との比は、１：０．３となる。

【0121】

このように、メタ領域は、上記の調節によってメタ領域を透過する光の位相分布を変化させおり、当該変化によって当該光の位相変調量を変化させ、この変化によってメタ領域を透過する可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力よりもメタ領域を透過する赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力を小さくする。赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力が可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力よりも小さくなると、赤外光の曲がり角が可視光の曲がり角よりも小さくなるため、メタ領域は赤外光の集光を抑制し得る。従って、メタ領域は、可視光を光源部２０に集光し、赤外光の集光を抑制して赤外光を透過させている。

【0122】

次に、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力と、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力との比較について説明する。両者を可視光を屈曲するそれぞれの屈曲力を基準に比較すると、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は、上記の調節によって、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力よりも小さい。従って、メタ領域による赤外光の曲がり角は、屈折レンズによる赤外光の曲がり角よりも小さくなる。可視光を屈曲する屈折レンズの焦点距離を５０ｍｍと仮定する場合、赤外光を屈曲する屈折レンズの焦点距離は、屈折レンズの上記の屈曲力の比によって可視光を屈曲する焦点距離から概ね０．１ｍｍずれる。これに対して、可視光を屈曲するメタ領域を含むメタレンズ３０の焦点距離を上記と同様に５０ｍｍと仮定する場合、赤外光を屈曲するメタ領域を含むメタレンズ３０の焦点距離は、メタ領域の上記の屈曲力の比によって可視光を屈曲するメタ領域を含むメタレンズ３０焦点距離から概ね１００ｍｍずれる。従って、メタ領域が屈折レンズよりも赤外光を屈曲する屈曲力を小さくすると、メタ領域による赤外光の曲がり角は屈折レンズによる赤外光の曲がり角よりも小さくなるため、メタ領域は屈折レンズよりも赤外光の集光を抑制し得る。

【0123】

なお、赤外光に対するメタレンズ３０の焦点距離が可視光に対するメタレンズ３０の焦点距離から当該焦点距離の１０％程度ずれるだけでも、メタ領域は赤外光の集光を抑制し得える。この場合、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力と赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力との比は概ね１：０．９、つまり赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力の概ね０．９倍となる。以下に、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力と赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力との比が概ね１：０．９である場合の可視光の位相変調量と赤外光の位相変調量との比について説明する。

【0124】

ここでは、可視光の位相変調量と赤外光の位相変調量との比を１：Ｘとする。可視光及び赤外光のそれぞれの波長の比は、上記のように１：１．５となる。また、可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力と赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力との比は、上記した概ね１：０．９が適切である。上記のように、可視光及び赤外光のそれぞれを屈曲するメタ領域の屈曲力は、位相変調量と波長との積の値に概ね比例する。従って、Ｘは０．６となり、赤外光の位相変調量は可視光の位相変調量の０．６倍となる。なお、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力の０．９倍未満であることが好適であることから、赤外光の位相変調量は可視光の位相変調量の０．６倍未満であることが好適となる。

【0125】

上記のように、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力は可視光を屈曲する屈折レンズの屈曲力の概ね０．９８倍となり、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力の０．９倍未満となる。赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力と、赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力とを可視光を屈曲するそれぞれの屈曲力を基準に比較すると、赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力は赤外光を屈曲する屈折レンズの屈曲力よりも小さくなる。従って、メタ領域は、屈折レンズよりも赤外光の集光を抑制し得る。

【0126】

図１５は、ナノ構造体３５の直径と、最長波長が６６０ｎｍである可視光及び最短波長が１０００ｎｍである赤外光のそれぞれの位相変調量との関係を示す図である。実線はナノ構造体３５の直径と可視光の位相変調量との関係を示し、破線はナノ構造体３５の直径と赤外光の位相変調量との関係を示す。

【0127】

メタレンズ３０が可視光に対してレンズとして機能することによって可視光を集光するためには、可視光の位相変調量は０－２π（ｒａｄ）の範囲をとることが重要である。このために、ナノ構造体３５の形状が円柱形状であり、円柱形状のナノ構造体３５の直径の範囲はこの範囲に対応する直径となっていればよく、例えば０ｎｍから２５０ｎｍまでであることが好適である。本実施形態では、ナノ構造体３５の直径の範囲は例えば１００ｎｍから２５０ｎｍまであることがより好適であり、この範囲内の直径のナノ構造体３５が複数配置されている。可視光の位相変調量の範囲において、赤外光の位相変調量は０．５πラジアンである。従って、メタ領域は、赤外光の集光を抑制して赤外光を透過させる。

【0128】

なお、ナノ構造体３５の形状が円柱形状である場合、集光させる光の波長が長くなるほど、図１５に示すグラフの傾きは小さくなるため、ナノ構造体３５の直径の範囲は広がる。

【0129】

上記のように、本実施形態のメタ領域は、メタ領域を透過する光の位相分布を変化させ、メタ領域を透過する光に含まれる可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力よりもメタ領域を透過する光に含まれる赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力を小さくする。

【0130】

本実施形態の車両用灯具１では、上記のように、メタ領域はメタ領域を透過する光の位相分布を変化させる。この位相分布は、複数のセル３３の配置やそれぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状等に応じて変化する。このため、メタ領域は、これらを調節することで、メタ領域を透過する光の位相分布を変化させ、光に含まれる可視光を屈曲するメタ領域の屈曲力よりも光に含まれる赤外光を屈曲するメタ領域の屈曲力を小さくする。屈曲力が小さいほど、メタ領域を透過する光の曲がり角が小さくなり、光の集束が抑制される。従って、例えば太陽光が車両用灯具１の外部からフロントカバー１２を介して車両用灯具１の筐体１０の内部に入射しても、この車両用灯具１では、太陽光に含まれる赤外光の曲がり角は上記の屈曲力によって太陽光に可視光の曲がり角よりも小さくなるため、投影レンズに比べて、メタ領域は光源部２０に進行する赤外光の集光を抑制し得る。赤外光の集光が抑制されると、投影レンズに比べて、赤外光の集光による光源部２０の劣化が抑制され得る。

【0131】

また、光源部２０の劣化が抑制されると、光源部２０から出射される光Ｌへの光源部２０の劣化による影響が抑制され、所定の配光パターンが投影され得る。

【0132】

また、ナノ構造体３５の形状が円柱形状とすることで、光源部２０からの可視光がランダム偏光であっても、当該可視光が効率的に屈曲し得る。

【0133】

可視光を屈曲する屈曲力より赤外光を屈曲する屈曲力が小さいメタ領域を有するメタレンズ３０を備える車両用灯具１について、第６実施形態を例に説明したが、このような車両用灯具１はこれに限定されるものではない。第６実施形態の変形例について以下に説明する。

【0134】

第６実施形態の車両用灯具１では、車両用灯具１の外部から車両用灯具１の内部に入射する光として太陽光を用いて説明したが、当該光は、太陽光に限定される必要はなく、車両用灯具１の外部から車両用灯具１の内部に入射する赤外光及び可視光であればよい。また、波長の比が１：１．５の一例として、可視光の最長波長を６６０ｎｍとし、赤外光の最短波長が１０００ｎｍとしているが、当該比が１：１．５であれば、可視光及び赤外光のそれぞれの波長は特に限定されない。

【0135】

車両用灯具１から投影される配光パターンは、ロービーム用の配光パターンであってもよいし、ハイビーム用の配光パターンであってもよい。

【0136】

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。本実施形態では、光源部２０及びメタレンズ３０の構成が第１実施形態と異なる。

【0137】

図１６は、本実施形態における車両用灯具を図１と同様に示す図である。また、図１７は、本実施形態における光源部２０から出射する光の分光分布、及びメタレンズ３０の光の透過率分布を概略的に示す図である。なお、図１７において、横軸は波長であり、第１の縦軸は最大強度を基準とする相対強度であり、第２の縦軸は最大の透過率を基準とする相対的な透過率である。また、図１７では、分光分布が細線で示され、透過率分布が太線で示されている。本実施形態では、光源部２０から出射する光Ｌの波長帯域は、概ね３８０ｎｍから７８０ｎｍである。また、図１７に示すように、この光Ｌの分光分布９０は、４つのピーク９１，９２，９３，９４を有する。それぞれのピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗは、波長９１ｗ、波長９２ｗ、波長９３ｗ、波長９４ｗの順で長くなる。波長９１ｗは概ね４１０ｎｍであり、波長９２ｗは概ね４６０ｎｍであり、波長９３ｗは概ね５３０ｎｍであり、波長９４ｗは概ね６２０ｎｍである。このため、複数のピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗうち、波長９１ｗが最短であり、波長９４ｗが最長である。また、これらピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗは可視光の波長帯域に含まれる。なお、分光分布９０は、可視光線の波長帯域に含まれないピークを有していてもよい。また、分光分布９０のピークの数は制限されず、例えば、分光分布９０はピークを有さなくてもよい。また、光源部２０から出射する光Ｌは、複数の発光素子２１から出射する光であるため、それぞれの発光素子２１から出射する光の分光分布は、図１７に示す分光分布９０と概ね同じである。

【0138】

例えば日中に車両が上り坂を走行しているときなどにおいて、図１６に示すように、太陽光Ｌ２がフロントカバー１２を介して灯室Ｒ内に入射し、メタレンズ３０を透過して光源部２０に照射される場合がある。本実施形態では、メタレンズ３０は当該メタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくする。このため、メタレンズ３０を透過する太陽光Ｌ２は、集光して光源部２０に照射される。

【0139】

図１８は、地表近くでの太陽光Ｌ２の分光分布、及び本実施形態のメタレンズ３０の光の透過率分布を概略的に示す図である。なお、図１８において、横軸は波長であり、縦軸は最大強度を基準とする相対強度であり、第２の縦軸は最大の透過率を基準とする相対的な透過率である。また、図１８では、分光分布が細線で示され、３００ｎｍから２５００ｎｍの範囲における透過率分布が太線で示されている。図１８に示すように、太陽光Ｌ２には可視光とともに赤外光も含まれる。

【0140】

また、ナノ構造体を含むセルが配列されたメタ領域を有するメタレンズでは、特定の波長の光の透過率が他の波長の光の透過率よりも極端に低くなる現象が生じる場合があり、この特定の波長は複数あることが知られている。これら特定の波長は、メタレンズにおける光の不透過率がピークとなる波長であり、共鳴波長と呼ばれる。これら共鳴波長は、それぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさや形状、当該ナノ構造体を構成する材料の屈折率等に応じて決まる。本実施形態では、図１８に示すように、メタレンズ３０における複数の共鳴波長のうち、最長の共鳴波長３０ｗ１及び２番目に長い共鳴波長３０ｗ２は、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満の範囲に含まれ、２番目に長い共鳴波長３０ｗ２は、８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に含まれる。具体的には、共鳴波長３０ｗ１は概ね１７００ｎｍであり、共鳴波長３０ｗ２は概ね８５０ｎｍである。また、３番目に長い共鳴波長３０ｗ３は概ね４２５ｎｍである。なお、図１８には、これら共鳴波長３０ｗ１，３０ｗ２，３０ｗ３を示す一点鎖線ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３が記載されている。また、図１７には、共鳴波長３０ｗ３を示す一点鎖線ＳＬ３が記載されている。図１７に示すように、共鳴波長３０ｗ３は、光源部２０から出射する光Ｌの波長帯域に含まれており、光源部２０からの光Ｌは共鳴波長３０ｗ３と同じ波長の光を含む。しかし、この共鳴波長３０ｗ３は、当該光Ｌの分光分布９０におけるピーク９１，９２，９３，９４の波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗと異なる。このため、メタレンズ３０における複数の共鳴波長の全ては、これらピークの波長と異なる。また、この共鳴波長３０ｗ３は、互いに隣り合うピーク９１，９２の波長９１ｗ，９２ｗ間の波長である。なお、メタレンズ３０における少なくとも１つの共鳴波長が８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満であればよい。例えば、最長の共鳴波長が共鳴波長３０ｗ２であり、２番目に長い共鳴波長が共鳴波長３０ｗ３であってもよい。

【0141】

上記のように、本実施形態の車両用灯具１では、メタレンズ３０における少なくとも１つの共鳴波長は、８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満である。また、図１８に示すように、一般的に地表近くにおける太陽光には、８００ｎｍから２４００ｎｍの波長帯域の光が含まれる。このため、本実施形態の車両用灯具１によれば、太陽光Ｌ２がメタレンズ３０を透過して光源部２０に照射されるとき、メタレンズ３０が投影レンズとされる場合と比べて、太陽光Ｌ２のうち８００ｎｍから２４００ｎｍの波長の光の光源部２０への照射量を低減できる。従って、本実施形態の車両用灯具１によれば、上記の場合と比べて、太陽光Ｌ２による光源部２０の加熱量を少なくし得、太陽光Ｌ２による光源部２０の劣化を抑制し得る。

【0142】

本実施形態の車両用灯具１では、共鳴波長３０ｗ２は、８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に含まれる。図１８に示すように、一般的に地表近くにおける太陽光Ｌ２の強度は、８００ｎｍ以上の波長帯域において、波長が長くなるに従い小さくなる傾向にある。なお、太陽光Ｌ２の分光分布１００は、強度が急激に小さくなる谷を複数有する。この谷における最小の強度は、例えば、当該谷の近傍における強度の５０％以下である。このような谷は８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に位置しない傾向にある。このため、上記のような構成にすることで、太陽光Ｌ２がメタレンズ３０を透過して光源部２０に照射されるときの太陽光Ｌ２による光源部２０の加熱量を少なくし易い。なお、８００ｎｍ以上９００ｎｍ未満の範囲に複数の共鳴波長が含まれてもよく、この範囲に共鳴波長が含まれなくてもよい。

【0143】

本実施形態の車両用灯具１では、光源部２０から出射する光Ｌの分光分布９０は、４つのピーク９１，９２，９３，９４を有する。複数の共鳴波長は、ピーク９１，９２，９３，９４の波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗと異なる。分光分布９０のピーク９１，９２，９３，９４における波長の光は、車両用灯具から出射する光の色調に大きく影響する傾向にある。このため、本実施形態の車両用灯具１によれば、出射する光の色調に大きく影響する波長の光のメタレンズ３０での透過率が低くなることを抑制し得、所望の色調の光を出射し得る。

【0144】

なお、所望の色調の光を出射する観点では、分光分布９０は複数のピークを有し、複数の共鳴波長が複数のピークのそれぞれの波長と異なっていればよい。例えば、複数の共鳴波長が光源部２０から出射する光Ｌの波長帯域に含まれていてもよい。また、本実施形態では、光源部からの光Ｌの波長帯域に含まれる共鳴波長３０ｗ３は、互いに隣り合うピーク９１，９２の波長９１ｗ，９２ｗ間の波長である。このような場合、共鳴波長３０ｗ３は、互いに隣り合うピーク９１，９２間において強度が最小である光Ｌの波長と同じであることが好ましい。このような構成にすることで、ピーク９１，９２間において強度が最小である光を除く光の波長とこの共鳴波長３０ｗ３とが同じ場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。

【0145】

また、出射する光量の低下を抑制する観点では、分光分布９０の全体における最大の強度に対する光源部２０からの光Ｌにおける共鳴波長３０ｗ３の光の強度の比は、０．１以下であることが好ましい。このような構成にすることで、この比が０．１を超える場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。また、このような構成にすることで、この比が０．１を超える場合と比べて所望の色調の光を出射し易くし得る。なお、この比は、ゼロであることがより好ましい。しかし、この比は、０．１を超えていてもよい。また、出射する光量の低下を抑制する観点では、光源部２０からの光Ｌ全体の光量に対する光源部２０からの光Ｌにおける共鳴波長３０ｗ３の光量の割合は４％未満であることが好ましい。

【0146】

また、本実施形態の車両用灯具１は、上記のように、メタレンズ３０は当該メタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくする。このため、メタレンズ３０を透過する太陽光Ｌ２は集光して光源部２０に照射されるため、メタレンズ３０が光源部２０からの光Ｌの発散角を大きくする場合と比べて、光源部２０が劣化する可能性が高い。このため、本実施形態の車両用灯具１は、光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくする場合に特に有用である。

【0147】

また、本実施形態の車両用灯具１は、光源部２０とメタレンズ３０とを収容する筐体１０を備える。このような車両用灯具１では、太陽光Ｌ２のメタレンズ３０への入射角によっては、メタレンズ３０を透過した太陽光Ｌ２が筐体１０の内面に照射される場合がある。本実施形態の車両用灯具１によれば、太陽光Ｌ２がメタレンズ３０を透過して筐体１０に照射されるとき、メタレンズ３０が投影レンズとされる場合と比べて、太陽光Ｌ２のうち８００ｎｍから２４００ｎｍの波長の光の筐体１０の内面への照射量を低減できる。

【0148】

少なくとも１つの共鳴波長が８００ｎｍ以上２４００ｎｍ未満であるメタレンズ３０を備える車両用灯具１について、第７実施形態を例に説明した。しかし、このような車両用灯具１はこれに限定されるものではない。第７実施形態の変形例について以下に説明する。

【0149】

例えば、第７実施形態では、複数の共鳴波長が光源部２０から出射する光Ｌの波長帯域に含まれる共鳴波長３０ｗ３を含むメタレンズ３０を例に説明した。しかし、メタレンズ３０における複数の共鳴波長の全ては、光源部２０から出射する光Ｌの波長帯域に含まれなくてもよい。換言すれば、光源部２０から出射する光Ｌは、メタレンズ３０における複数の共鳴波長の全てを含まなくてもよい。このような構成にすることで、少なくとも１つの共鳴波長が光源部２０から出射する光Ｌの波長帯域に含まれる場合と比べて、所望の色調の光を出射し得る。

【0150】

また、第７実施形態では、複数の共鳴波長の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なるメタレンズ３０を例に説明した。しかし、所望の色調の光を出射する観点では、複数の共鳴波長が複数のピークのそれぞれの波長と異なっていればよく、例えば、特定の共鳴波長があるピークの波長と同じであってもよい。なお、所望の色調の光を出射する観点では、複数の共鳴波長の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることが好ましい。

【0151】

また、所望の色調の光を出射する観点では、メタレンズ３０の光の透過率分布は、メタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの最大の透過率を基準とする相対的な透過率が８０％以下であり１つの共鳴波長を含む連続した共鳴波長帯域を複数含み、これら共鳴波長帯域の少なくとも１つが複数のピークのそれぞれの波長と異なることが好ましい。この場合、これら共鳴波長帯域の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。なお、メタレンズ３０の光の透過率分布がメタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの最大の透過率を基準とする相対的な透過率が６０％以下であり１つの共鳴波長を含む連続した共鳴波長帯域を複数含む場合には、これら共鳴波長帯域の少なくとも１つが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。この場合、これら共鳴波長帯域の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。また、メタレンズ３０の光の透過率分布がメタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの最大の透過率を基準とする相対的な透過率が４０％以下であり１つの共鳴波長を含む連続した共鳴波長帯域を複数含む場合には、これら共鳴波長帯域の少なくとも１つが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。この場合、これら共鳴波長帯域の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。

【0152】

なお、所望の色調の光を出射し易くする観点では、第７実施形態と異なり、例えば、メタレンズにおける最長の共鳴波長は、光源部からの光の分光分布のピークにおける波長のうち最短の波長より短くてもよい。つまり、このようになるように光源部やメタレンズを構成してもよい。以下、このような変形例について図１９を参照して説明する。なお、第７実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図１９は、第５変形例に係る光源部２０から出射する光の分光分布９０、及びメタレンズ３０の光の透過率分布を図１７と同様に示す図である。本変形例では、メタレンズ３０の共鳴波長が上記実施形態における共鳴波長と異なる。また、分光分布９０は上記実施形態の分光分布９０と同じであるが、異なっていてもよい。また、メタレンズ３０における最長の共鳴波長３０ｗ１は、光源部２０からの光Ｌの波長帯域に含まれる。しかし、上記のように、この最長の共鳴波長３０ｗ１は、複数のピーク９１，９２，９３，９４のそれぞれにおける波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗのうち最短の波長９１ｗより短い。このため、メタレンズ３０における複数の共鳴波長の全ては、波長９１ｗより短い。本変形例の車両用灯具１によれば、メタレンズ３０における最長の共鳴波長３０ｗ１が上記の最短の波長９１ｗより長い場合と比べて、出射する光の色調に大きく影響する波長の光のメタレンズでの透過率が低くなることを抑制し得る。従って、本変形例の車両用灯具１によれば、上記の場合と比べて、所望の色調の光を出射し易くし得る。なお、所望の色調の光を出射し易くする観点では、メタレンズ３０における最長の共鳴波長３０ｗ１は、光源部２０からの光Ｌの波長帯域における最短の波長より短くてもよい。また、この観点では、メタレンズ３０における最長の共鳴波長３０ｗ１は、可視光の波長帯域における最短の波長、例えば、３８０ｎｍより短くてもよい。つまり、このようになるようにメタレンズ３０を構成してもよい。

【0153】

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。本実施形態では、光源部２０及びメタレンズ３０の構成が第１実施形態と異なる。

【0154】

図２０は、本実施形態における光源部２０から出射する光の分光分布、及びメタレンズ３０の光の透過率分布を概略的に示す図である。なお、図２０において、横軸は波長であり、第１の縦軸は最大強度を基準とする相対強度であり、第２の縦軸は最大の透過率を基準とする相対的な透過率である。また、図２０では、分光分布が細線で示され、透過率が太線で示されている。図２０に示すように、本実施形態では、分光分布９０は、４つのピーク９１，９２，９３，９４を有する。それぞれのピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗは、波長９１ｗ、波長９２ｗ、波長９３ｗ、波長９４ｗの順で高くなる。波長９１ｗは概ね４１０ｎｍであり、波長９２ｗは概ね４６０ｎｍであり、波長９３ｗは概ね５３０ｎｍであり、波長９４ｗは概ね６２０ｎｍである。このため、複数のピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗのうち、波長９１ｗが最短であり、波長９４ｗが最長である。また、これらピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗは可視光の波長帯域に含まれる。なお、分光分布９０は、可視光の波長帯域に含まれないピークを有していてもよい。また、光源部２０から出射する光Ｌは、複数の発光素子２１から出射する光であるため、それぞれの発光素子２１から出射する光の分光分布は、図２０に示す分光分布９０と概ね同じである。

【0155】

本実施形態では、ナノ構造体３５の形状は円柱形状であり、直径は図２０に示すピーク９４の波長９４ｗより小さい。なお、ナノ構造体３５の幅が、ピーク９１，９２，９３，９４のそれぞれにおける波長のうち最長の波長９４ｗより小さければよく、ナノ構造体３５の形状は特に制限されるものではない。

【0156】

第７実施形態で説明したように、メタレンズにおける共鳴波長は、それぞれのセルにおけるナノ構造体の大きさや形状、当該ナノ構造体を構成する材料の屈折率等に応じて決まる。本実施形態では、メタレンズ３０における複数の共鳴波長の全ては、それぞれのピーク９１，９２，９３，９４における波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗと異なる。また、図２０に示すように、メタレンズ３０における複数の共鳴波長のうち、最長の共鳴波長３０ｗ１は波長９４ｗより長く、２番目に長い共鳴波長３０ｗ２は、光源部２０からの光Ｌの波長帯域に含まれる。なお、図２０には、これら共鳴波長３０ｗ１，３０ｗ２を示す一点鎖線ＳＬ１，ＳＬ２が記載されている。本実施形態では、２番目に長い共鳴波長３０ｗ２は、これら波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗのうち最短の波長９１ｗを超えかつ最長の波長９２ｗ未満である。複数の共鳴波長に最短の波長９１ｗを超えかつ最長の波長９４ｗ未満である共鳴波長が含まれないようにする場合、それぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状、セル３３の配列等の設計が複雑になる傾向にある。このため、本実施形態では、これらの設計が複雑になることを抑制し得る。なお、複数の共鳴波長に波長９１ｗを超えかつ波長９４ｗ未満である共鳴波長が含まれなくてもよい。また、本実施形態では、ピーク９１，９２，９３，９４のうち互いに隣り合うピーク９２，９３間において強度が最小である光源部２０からの光の波長と、２番目に長い共鳴波長３０ｗ２とが同じである。なお、ピーク９２，９３間において強度が最小である光源部２０からの光の波長とこの共鳴波長３０ｗ２とが異なっていてもよい。また、この共鳴波長３０ｗ２は、ピーク９１，９２間の波長であってもよく、ピーク９３，９４間の波長であってもよく、これらピーク間において強度が最小である光源部２０からの光の波長とこの共鳴波長３０ｗ２とは同じであってもよく、異なっていてもよい。また、メタレンズ３０における複数の共鳴波長は、最短の波長９１ｗを超えかつ最長の波長９４ｗ未満である共鳴波長を複数含んでいてもよい。

【0157】

前述した特許文献３の発光モジュールでは、ＬＥＤから出射する光の波長や蛍光体を適宜選択することで、出射する光の色調を調節し得る。このため、このような発光モジュールを車両用灯具の光源部に用いることで、所望の色調の光を車両用灯具から出射し得ると考えられる。本実施形態の車両用灯具１では、上記のように、光源部２０から出射する光の分光分布９０は、複数のピーク９１，９２，９３，９４を有する。このため、本実施形態の車両用灯具１によれば、この分光分布９０が１つのピークのみを有する場合と比べて、出射する光の色調を所望の色調にし得る。また、本実施形態のメタレンズ３０における複数の共鳴波長は、複数のピーク９１，９２，９３，９４のそれぞれの波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗと異なる。複数のピーク９１，９２，９３，９４におけるそれぞれの波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗの光は、車両用灯具１から出射する光の色調に大きく影響する。このため、本実施形態の車両用灯具１によれば、出射する光の色調に大きく影響する波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗの光のメタレンズ３０での透過率が低くなることを抑制し得、所望の色調の光を出射し得る。

【0158】

本実施形態の車両用灯具１では、メタレンズ３０における複数の共鳴波長は、複数のピーク９１，９２，９３，９４のそれぞれの波長９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ，９４ｗのうち最短の波長９１ｗを超えかつ最長の波長９４ｗ未満である共鳴波長３０ｗ２を含む。また、互いに隣り合うピーク９２，９３間において強度が最小である光源部２０からの光の波長と、この共鳴波長３０ｗ２とが同じである。このような構成にすることで、ピーク９２，９３間において強度が最小である光を除く光の波長とこの共鳴波長３０ｗ２とが同じ場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。

【0159】

出射する光の分光分布が複数のピークを有する光源部２０と、複数の共鳴波長がこれら複数のピークのそれぞれの波長と異なるメタレンズ３０とを備える車両用灯具１について、第８実施形態を例に説明した。しかし、このような車両用灯具１はこれに限定されるものではない。第８実施形態の変形例について以下に説明する。

【0160】

例えば、第８実施形態では、分光分布９０が４つのピーク９１，９２，９３，９４を有する光Ｌを出射する光源部２０を例に説明した。しかし、光源部２０は、分光分布が複数のピークを有する光を出射する構成であればよい。例えば、光源部２０は発光素子２１から出射する光の一部を遮光する遮光板を有していてもよく、発光素子２１から出射する光の少なくとも一部を反射する反射板を有していてもよい。また、光源部２０から出射する光Ｌの分光分布９０が有するピークの数は特に制限されない。例えば、光源部２０は、図２１に示す分光分布の光を出射する構成であってもよい。なお、図２１は、第６変形例に係る光源部から出射する光の分光分布、及びメタレンズの光の透過率分布を図２０と同様に示す図である。以下、光源部から出射する光の分光分布が図２１に示す分光分布となる第６変形例について説明する。なお、第８実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

【0161】

本変形例における分光分布９０は、２つのピーク９１，９２を有する。ピーク９１における波長９１ｗは、ピーク９２における波長９２ｗより短い。本変形例では、波長９１ｗは概ね４６０ｎｍであり、波長９２ｗは概ね５７０ｎｍである。また、ピーク９１における強度は、ピーク９２における強度より高く、分光分布９０の全体において最大である。また、本変形例におけるナノ構造体３５の直径は、ピーク９２における波長９２ｗより小さい。また、本変形例のメタレンズ３０における複数の共鳴波長の全ては、２つのピーク９１，９２のそれぞれの波長９１ｗ，９２ｗと異なる。このため、本変形例の車両用灯具１は、第１実施形態と同様にして、複数の共鳴波長の少なくとも１つがいずれかのピーク９１，９２における波長９１ｗ，９２ｗと同じ場合と比べて、所望の色調の光を出射し得る。

【0162】

また、２番目に長い共鳴波長３０ｗ２は、これら波長９１ｗ，９２ｗのうち最短の波長９１ｗを超えかつ最長の波長９２ｗ未満である。つまり、複数の共鳴波長に、これら波長９１ｗ，９２ｗのうち最短の波長９１ｗを超えかつ最長の波長９２ｗ未満である共鳴波長３０ｗ２が含まれる。このため、本変形例によれば、第１実施形態と同様に、それぞれのセル３３におけるナノ構造体３５の大きさや形状、セル３３の配列等の設計が複雑になることを抑制し得る。

【0163】

また、本変形例では、互いに隣り合うピーク９１，９２間において強度が最小である光源部２０からの光の波長と、共鳴波長３０ｗ２とが同じである。このため、本変形例によれば、第８実施形態と同様に、ピーク９１，９２間において強度が最小である光を除く光の波長とこの共鳴波長３０ｗ２とが同じ場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。

【0164】

また、本変形例では、メタレンズ３０における複数の共鳴波長は、光源部２０からの光Ｌの波長帯域に含まれる共鳴波長３０ｗ２を含む。分光分布９０の全体における最大の強度は、ピーク９１における強度であり、この強度に対する光源部２０からの光Ｌにおける共鳴波長３０ｗ２の光の強度の比は、０．１以下である。このため、本変形例によれば、この比が０．１を超える場合と比べて、出射する光量の低下を抑制し得る。また、このような構成にすることで、この比が０．１を超える場合と比べて所望の色調の光を出射し易くし得る。なお、この比は、ゼロであることがより好ましい。しかし、この比は、０．１を超えていてもよい。また、出射する光量の低下を抑制する観点では、光源部２０からの光Ｌ全体の光量に対する光源部２０からの光Ｌにおける共鳴波長３０ｗ２と同じ波長の光量の割合は４％未満であることが好ましい。

【0165】

また、第８実施形態、及び第６変形例では、２番目に長い共鳴波長３０ｗ２が光源部２０からの光Ｌの波長帯域に含まれるメタレンズ３０を例に説明した。しかし、最長の共鳴波長３０ｗ１が光源部２０からの光Ｌの波長帯域に含まれていてもよく、全ての共鳴波長が光源部２０からの光Ｌの波長帯域に含まれていなくてもよい。

【0166】

また、第８実施形態、及び第６変形例では、複数の共鳴波長の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なるメタレンズ３０を例に説明した。しかし、複数の共鳴波長が複数のピークのそれぞれの波長と異なっていればよく、例えば、特定の共鳴波長があるピークの波長と同じであってもよい。なお、所望の色調の光を出射する観点では、複数の共鳴波長の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることが好ましい。

【0167】

また、所望の色調の光を出射する観点では、メタレンズ３０の光の透過率分布は、メタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの最大の透過率を基準とする相対的な透過率が８０％以下であり１つの共鳴波長を含む連続した共鳴波長帯域を複数含み、これら共鳴波長帯域の少なくとも１つが複数のピークのそれぞれの波長と異なることが好ましい。この場合、これら共鳴波長帯域の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。なお、メタレンズ３０の光の透過率分布がメタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの最大の透過率を基準とする相対的な透過率が６０％以下であり１つの共鳴波長を含む連続した共鳴波長帯域を複数含む場合には、この共鳴波長帯域の少なくとも１つが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。この場合、これら共鳴波長帯域の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。また、メタレンズ３０の光の透過率分布がメタレンズ３０を透過する光源部２０からの光Ｌの最大の透過率を基準とする相対的な透過率が４０％以下であり１つの共鳴波長を含む連続した共鳴波長帯域を複数含む場合には、これら共鳴波長帯域の少なくとも１つが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。この場合、これら共鳴波長帯域の全てが複数のピークのそれぞれの波長と異なることがより好ましい。

【0168】

以上、本発明について、上記実施形態及び変形例を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0169】

例えば、上記実施形態では、車両用灯具１は、前照灯とされたが、特に制限されるものではない。例えば、車両用灯具１は、画像を構成する光を路面等の被照射体に照射するものとされてもよい。また、車両用灯具が画像を構成する光を路面等の被照射体に照射するものとされる場合、車両用灯具が出射する光の方向や車両用灯具が車両に取り付けられる位置は特に限定されない。また、車両用灯具が出射する光の色は白色に制限されるものではない。

【0170】

また、上記実施形態では、光源部２０からの光Ｌの発散角を小さくするメタレンズ３０を例に説明した。しかし、メタレンズ３０は、光源部２０からの光Ｌの発散角を大きくするように構成されてもよい。

【0171】

また、上記実施形態では、メタ領域としての主面３１ｓや主面３２ｓが平面状であるメタレンズ３０を例に説明した。しかし、メタ領域としての主面３１ｓや主面３２ｓは曲面状であってもよい。しかし、メタレンズ３０を薄くする観点では、メタ領域としての主面３１ｓや主面３２ｓは平面状であることが好ましい。

【0172】

また、上記の第１～第４実施形態では、３つ以上のピーク６１を有する特定の位相分布６０を例に説明した。しかし、ピーク６１の数は特に制限されるものではなく、例えば、特定の位相分布６０はピーク６１を有さなくてもよい。

【0173】

本発明によれば、小型化し得る車両用灯具が提供され、自動車等の車両用灯具などの分野において利用可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】