7791893 マイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイを用いた車両用灯具

(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】2025-12-16

(45)【発行日】2025-12-24

(54)【発明の名称】マイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイを用いた車両用灯具

(51)【国際特許分類】

   F21S 41/265 20180101AFI20251217BHJP

   F21S 41/143 20180101ALI20251217BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20251217BHJP

   F21W 102/13 20180101ALN20251217BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20251217BHJP

【ＦＩ】

F21S41/265

F21S41/143

F21V5/04 350

F21V5/04 650

F21W102:13

F21Y115:10

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023545411

(86)(22)【出願日】2022-08-12

(86)【国際出願番号】 JP2022030748

(87)【国際公開番号】W WO2023032638

(87)【国際公開日】2023-03-09

【審査請求日】2025-05-21

(31)【優先権主張番号】P 2021139973

(32)【優先日】2021-08-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2021139974

(32)【優先日】2021-08-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2021139975

(32)【優先日】2021-08-30

(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】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】風間 彩香

【審査官】河村 勝也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０６１２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３２８２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００２４８６５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｓ ４１／００－４１／６９８

Ｆ２１Ｖ ５／０４

Ｆ２１Ｗ １０２／１３

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光学系を有するマイクロレンズアレイであって、
各々の前記光学系はそれぞれ、一対の入射側レンズ部と出射側レンズ部と、を備え、
前記入射側レンズ部の入射面と前記出射側レンズ部の出射面との間に、低屈折率部が設けられており、
前記低屈折率部の屈折率はその他の部位の屈折率よりも低く、
前記低屈折率部は、前記出射面の焦点を通って延びる第一面と、前記第一面から前記入射面へ延びる第二面とを含み、
前記第一面と前記第二面との境界部によってカットライン形成部が構成されており、
前記入射側レンズ部の正面視で、前記入射面は前記第二面と重ならない位置に設けられており、
少なくとも一つの前記光学系において、
前記出射側レンズ部の前記出射面は、第一領域と第二領域に区分けされており、
前記第一領域は、前記カットライン形成部に焦点が位置する曲率半径を有しており、
前記第二領域は、前記第一領域の曲率半径よりも大きい曲率半径を有している、
マイクロレンズアレイ。

【請求項2】

前記低屈折率部は、空洞部である、請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。

【請求項3】

前記入射面は、前記出射側レンズ部の光軸に対して前記低屈折率部と反対側に位置する、請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。

【請求項4】

前記出射側レンズ部の光軸は、前記第一領域と前記第二領域との境界線を通る、請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。

【請求項5】

前記第二領域の曲率半径は、前記第一領域の曲率半径に対して１．１～１．５倍である、請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。

【請求項6】

光源と、
請求項１に記載のマイクロレンズアレイと、
を備えた、車両用灯具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、マイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイを用いた車両用灯具に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１などにより、マイクロレンズアレイを介して、灯具前方を照射する車両用灯具が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】日本国公表特許２０１６－５３４５０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されたマイクロレンズアレイは、後側レンズアレイと前側レンズアレイとの間に、遮光板を備えている。この遮光板が光源ユニットからの出射光の一部を遮ることにより、カットオフラインを有するロービーム配光パターンが形成される。

【0005】

また、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイの光学系は、第一方向と第一方向に直交する第二方向に配列されている。各々の光学系が有する出射側レンズ部は、第一方向（例えば垂直方向）から見ても、第一方向に直交する第二方向（例えば水平方向）から見ても、湾曲した形状の出射面を有する。

【0006】

このような車両用灯具においては、遮光板によって光源から出射された光の一部が遮られて灯具前方に出射されず、光の利用効率に改善の余地がある。

【0007】

本開示は、光の利用効率の高いマイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイを用いた車両用灯具を提供することを目的の一つとする。

【0008】

また、本発明者は、光の利用効率を高めるために光源から出射された光の一部を遮らずに前方に出射させる構成と同時に、グレアの発生を低減する構成も検討した。

【0009】

本開示は、光の利用効率を高めつつ、グレアの発生を低減するマイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイを用いた車両用灯具を提供することを目的の一つとする。

【0010】

また、特許文献１に係るマイクロレンズアレイは、マイクロレンズアレイ内を通過した光を効果的に集光して配光パターンを投影できるように構成されているが、より広い範囲に出射光を拡散させるためには、新たな構成のマイクロレンズアレイが必要とされていた。

【0011】

本開示は、より広く出射光を拡散するマイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイを用いた車両用灯具を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本開示の第一態様に係るマイクロレンズアレイは、
複数の光学系を有するマイクロレンズアレイであって、
各々の前記光学系はそれぞれ、一対の入射側レンズ部と出射側レンズ部と、を備え、
前記入射側レンズ部の入射面と前記出射側レンズ部の出射面との間に、低屈折率部が設けられており、
前記低屈折率部の屈折率はその他の部位の屈折率よりも低く、
前記低屈折率部は、前記出射面の焦点を通って延びる第一面と、前記第一面から前記入射面へ延びる第二面とを含み、
前記第一面と前記第二面との境界部によってカットライン形成部が構成されており、
前記入射側レンズ部の正面視で、前記入射面は前記第二面と重ならない位置に設けられている。

【0013】

本開示の第二態様に係る車両用灯具は、
光源と、
第一態様に係るマイクロレンズアレイと、を備える。

【0014】

本開示の第三態様に係るマイクロレンズアレイは、
複数の光学系を有するマイクロレンズアレイであって、
各々の前記光学系はそれぞれ、一対の入射側レンズ部と出射側レンズ部と、を備え、
前記入射側レンズ部の入射面と前記出射側レンズ部の出射面との間に、低屈折率部が設けられており、
前記低屈折率部の屈折率がその他の部位の屈折率よりも低く、
前記低屈折率部は、前記出射面の焦点を通って延びる第一面と、前記第一面から前記入射面へ延びる第二面とを含み、
前記第一面と前記第二面との境界部によってカットライン形成部が構成されており、
前記入射側レンズ部の前記入射面から前記境界部までの厚さＡと前記境界部から前記出射側レンズ部の前記出射面までの厚さＢの比率Ａ：Ｂは、１．８：１以上である。

【0015】

本開示の第四態様に係る車両用灯具は、
光源と、
第三態様に係るマイクロレンズアレイと、を備える。

【0016】

本開示の第五態様に係るマイクロレンズアレイは、
複数の光学系を備えるマイクロレンズアレイであって、
各々の前記光学系はそれぞれ、一対の入射側レンズ部と出射側レンズ部とを有し、
複数の前記光学系は少なくとも第一方向と、第一方向と直交する第二方向とに配列されており、
少なくとも一部の前記光学系は、その前記出射側レンズ部の出射面が、前記第一方向から見ると平面をなし、前記第二方向から見ると曲面をなす、拡散部を構成している。

【0017】

本開示の六態様に係る車両用灯具は、
光源と、
第五態様に係るマイクロレンズアレイと、
前記光源から出射した光を前記マイクロレンズアレイに入射させるプライマリレンズと、を備えている。

【発明の効果】

【0018】

本開示によれば、光の利用効率を高めつつ、グレアの発生を低減するマイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイを用いた車両用灯具を提供することができる。

【0019】

本開示によれば、光の利用効率の高いマイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイを用いた車両用灯具を提供することができる。

【0020】

本開示によれば、より広く出射光を拡散するマイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイを用いた車両用灯具を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本開示の一実施形態に係る車両用灯具を左右方向から見た模式断面図である。

【図2】第一実施形態に係るマイクロレンズアレイを右方向から見た断面図である。

【図3】第一実施形態に係るマイクロレンズアレイを上方向から見た断面図である。

【図4】図２のマイクロレンズアレイの部分拡大図である。

【図5】図４の光学系を入射側レンズ部側から見た模式図である。

【図6】入射面の下面が第二面よりも下方に位置するマイクロレンズアレイの部分拡大図である。

【図7】図６のマイクロレンズアレイを備えた車両用灯具により形成される配光パターンを示す図である。

【図8】図２のマイクロレンズアレイを備えた車両用灯具により形成される配光パターンを示す図である。

【図9】出射側レンズ部の変形例を右方向から見た断面図である。

【図10】図９の出射側レンズ部の変形例を出射側レンズ部側から見た模式図である。

【図11】図９の出射側レンズ部を有するマイクロレンズアレイの部分拡大図である。

【図12】第二実施形態に係るマイクロレンズアレイの側面図である。

【図13】光学系のレンズ部の厚さの比率と光束効率およびクロストーク光線割合との関係を例示して

【図14】図１２に示すマイクロレンズアレイの部分拡大図である。いる。

【図15】第三実施形態に係る拡散部を有するマイクロレンズアレイを右方向から見た断面図である。

【図16】第三実施形態に係る拡散部を有するマイクロレンズアレイを上方向から見た断面図である。

【図17】配光形成部を有するマイクロレンズアレイを右方向から見た断面図である。

【図18】配光形成部を有するマイクロレンズアレイを上方向から見た断面図である。

【図19】マイクロレンズアレイを構成する複数の光学系の出射側レンズ部を正面から見た図である。

【図20】車両用灯具を上方向から見た断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本開示の実施の形態の例を、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や部材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、各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

【0023】

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。

【0024】

また、本実施形態の説明では、説明の便宜上、「左右方向」、「前後方向」、「上下方向」について適宜言及する。ここで、「上下方向」は、「上方向」及び「下方向」を含む方向である。「前後方向」は、「前方向」及び「後方向」を含む方向である。「左右方向」は、「左方向」及び「右方向」を含む方向である。以降に説明する図中に示した符号Ｕは上方向を示す。符号Ｄは下方向を示す。符号Ｆは前方向を示す。符号Ｂは後方向を示す。符号Ｌは左方向を示す。符号Ｒは右方向を示す。なお、マイクロレンズアレイおよび車両用灯具を車両に取り付けた状態において、これらの方向が車両について設定される各々の方向と一致するとは限らない。

【0025】

図１は、本開示の一実施形態に係る車両用灯具１の模式断面図である。図１に示すように車両用灯具１は、アウタカバー２とハウジング３とを備えている。アウタカバー２とハウジング３によって灯室４が形成されている。

【0026】

灯室４内には、光源５と、プライマリレンズ６と、マイクロレンズアレイ７と、が備えられている。光源５は、ハウジング３によって支持される基板５０１に搭載された状態で、前方向へ向けて配置されている。光源５としては、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を用いることができる。光源５から出射される光は、プライマリレンズ６及びマイクロレンズアレイ７を通過して、車両用灯具１の前方向へと出射される。以降の説明においては、光源５の発光面の中心点から車両用灯具１の前後方向に延びる仮想的な直線を、車両用灯具１の主光軸Ｍｘと呼ぶ。

【0027】

プライマリレンズ６は、光源５から出射される光を平行光にしてマイクロレンズアレイ７に入射させる。プライマリレンズ６として、コリメートレンズ、アプラナートレンズ、フレネルレンズなどを用いることができる。図１に示すプライマリレンズ６は、光源５と向かい合う位置に設けられた第一入射部６１と、第一入射部６１の周囲を囲む縦壁として設けられた第二入射部６２と、を有している。光源５から第一入射部６１に入射した光Ｂ１は、例えば、第一入射部６１において主光軸Ｍｘの平行光となるように屈折される。光源５から第二入射部６２に入射した光Ｂ２は、反射面６３によって主光軸Ｍｘの平行光となるように反射される。

【0028】

なお、図１に示した車両用灯具１においては、光源５と、プライマリレンズ６と、マイクロレンズアレイ７と、で一つの光源ユニットを構成している。車両用灯具１は、同一の灯室４内に複数の光源ユニットを備えていてもよい。

【0029】

マイクロレンズアレイ７は、例えば、透明樹脂材またはガラス材によって形成される光学部品である。

【0030】

（第一実施形態）
次に、図２から図４を用いて、第一実施形態に係るマイクロレンズアレイ７について詳述する。図２は、図１のマイクロレンズアレイ７を右方向から見た断面図である。図３は、図１のマイクロレンズアレイ７を上方向から見た断面図である。図４は、図２のマイクロレンズアレイ７の部分拡大図である。図５は、図４のマイクロレンズアレイ７の光学系７０ａを入射側レンズ部７１側から見た模式図である。

【0031】

図２と図３に示すように、マイクロレンズアレイ７は、複数の光学系７０を有する。各々の光学系７０は、光の出射方向（主光軸Ｍｘ：入射側レンズ部７１の光軸Ａｘ）に直交する方向に隣接しており、各々の光学系７０は一体化されている。本実施形態においては、複数の光学系７０は、上下方向と左右方向とに隣接して配置されている。図示したマイクロレンズアレイ７において、各々の光学系７０は互いに同一の形状・寸法となっている。光学系７０（各々のマイクロレンズ）の大きさは任意であるが、照射方向正面視で約０．５～１０ｍｍ四方が好ましく、さらに約０．５～５ｍｍ四方がより好ましい。また、光学系７０の前後方向の厚さは、３ｍｍ～４０ｍｍが好ましい。

【0032】

各々の光学系７０は、一対に設けられた入射側レンズ部７１と出射側レンズ部７２と、低屈折率部７３と、を備えている。例えば図２に示すように、光学系７０ａは、入射側レンズ部７１のうちの入射面７１ａを含む部位と、出射側レンズ部７２のうちの出射面７２ａを含む部位と、低屈折率部７３ａと、を備えている。光学系７０ｂ～７０ｆについても同様である。

【0033】

入射側レンズ部７１は、低屈折率部７３よりもプライマリレンズ６側に設けられている。出射側レンズ部７２は、低屈折率部７３よりもアウタカバー２側に設けられている。入射側レンズ部７１と出射側レンズ部７２は、共通の光軸Ａｘ上に設けられており、互いに向かい合っている。各々の光学系７０の光軸Ａｘは、車両用灯具１の主光軸Ｍｘに平行である。なお、図２では、光学系７０ｄの光軸Ａｘのみが示されている。ある光学系７０の入射側レンズ部７１に入射した光は、基本的には、同じ光学系７０に属する出射側レンズ部７２に入射するように構成されている。

【0034】

入射側レンズ部７１と出射側レンズ部７２は、それぞれ凸レンズ形状とされている。例えば図２に示すように、入射側レンズ部７１の入射面と出射側レンズ部７２の出射面はそれぞれ、左右方向から見ると、単一の曲率半径を有する曲面を成している。また、例えば図３に示すように、入射側レンズ部７１の入射面と出射側レンズ部７２の出射面はそれぞれ、上下方向から見ると、単一の曲率半径を有する曲面を成している。

【0035】

低屈折率部７３は、一つの光学系７０を形成する一対の入射側レンズ部７１と出射側レンズ部７２との間に設けられている。例えば、低屈折率部７３は、マイクロレンズアレイ７を左右方向に貫通している。なお、本例においては左右方向から見た場合の低屈折率部７３の形状は略長方形状であるが、略三角形状など他の形状にしてもよい。

【0036】

低屈折率部７３は、その屈折率が光学系７０を構成する他の部位（入射側レンズ部７１、出射側レンズ部７２、および入射側レンズ部７１と出射側レンズ部７２を連結する部分）の屈折率よりも低くなるように構成されている。例えば、低屈折率部７３は、空洞部であり、その内部には例えば空気などが存在する。あるいは低屈折率部７３は、他の部位を形成する材料とは異なる材料により構成されうる。低屈折率部７３とその他の部位の屈折率の差は０．０３以上が好ましく、さらに０．０５以上がより好ましい。低屈折率部７３は、密閉された閉領域であってもよいし、密閉されていない開領域であってもよい。

【0037】

図２に示すように、低屈折率部７３は、出射側レンズ部７２の焦点ｆを通って延びる第一面７３１と、第一面７３１から入射側レンズ部７１の入射面へ延びる第二面７３２と、を含む。また、第一面７３１と第二面７３２との境界部７３３によってカットライン形成部が構成されている。カットライン形成部は、車両用灯具１により形成される配光パターンにおいてカットラインを形成する。本実施形態において、第一面７３１は、上下方向および左右方向に延びる面である。また、第二面７３２は、前後方向および左右方向に延びる面である。第二面７３２は、例えば、対応する入射側レンズ部７１から入射して第二面７３２に到達した光を全反射するように構成される。

【0038】

入射側レンズ部７１の入射面７１ａは、入射側レンズ部７１の正面視で、第二面７３２と重ならない位置に設けられている。例えば図４と図５に示すように、光学系７０ａにおいて、入射側レンズ部７１の入射面７１ａの下面７１ａＥは、第二面７３２よりも上方に位置している。すなわち、入射側レンズ部７１の入射面７１ａは、入射側レンズ部７１の正面視で、第二面７３２と重ならない位置に設けられている。また、入射側レンズ部７１の入射面７１ａは、光軸Ａｘに対して低屈折率部７３ａと反対側に位置している。

【0039】

例えば図２に示されるように、ある光学系７０の入射側レンズ部７１に入射した光のうち一部の光Ｂ３は、対となる出射側レンズ部７２に向かって進行し、出射側レンズ部７２の出射面から出射される。また、入射側レンズ部７１に入射した光のうち、そのままでは配光パターンのカットラインよりも上部に照射されてグレアになってしまう光Ｂ４は、低屈折率部７３の第二面７３２で反射されて出射側レンズ部７２に入射される。したがって、グレアの発生を抑制しつつ、光の利用効率を高めることができている。

【0040】

しかしながら、入射側レンズ部７１の入射面と第二面７３２の位置関係により、入射側レンズ部７１に入射した光の一部が、第二面７３２とは異なる面から低屈折率部７３に入射する場合がある。この場合、低屈折率部７３を通過して出射側レンズ部７２に入射された光は、出射面７２ａから上方に出射されてグレアの要因となりうる。

【0041】

例えば、図６は、入射面１７１ａの下端１７１ａＥが第二面１７３２よりも下方に位置している光学系１７０ａを示す図である。図６に示すように、入射側レンズ部１７１の入射面１７１ａにおいて第二面１７３２よりも下方に位置する部分に入射した光Ｂ１５は、低屈折率部１７３ａの側面１７３４から低屈折率部１７３ａに入射する。そして低屈折率部１７３ａに入射した光Ｂ１５は、低屈折率部１７３ａを通過して、出射側レンズ部７２の出射面から上方に出射される。

【0042】

図７は、光学系１７０ａを有するマイクロレンズアレイを備えた車両用灯具により形成される配光パターンＰ１を示している。図７において、Ｈ－Ｈは水平方向（水平線Ｈ）を、Ｖ－Ｖは垂直方向（垂直線Ｖ）をそれぞれ示している。当該配光パターンＰ１は、灯具前方の所定位置、例えば灯具前方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配光パターンである。図７に示すように、配光パターンＰ１は、カットラインよりも上部に位置する照射領域（図７において破線で囲まれた領域）を含む形状となる。すなわち、上述のように低屈折率部１７３ａを通過して出射側レンズ部７２の出射面から上方に出射された光は、カットラインよりも上部に照射されてグレアとなる。

【0043】

これに対して、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ７においては、図４に示したように入射側レンズ部７１の入射面７１ａの下面７１ａＥは、第二面７３２よりも上方に位置している。すなわち、第二面７３２よりも下方に位置する入射面７１ａの部位が存在しないので、低屈折率部７３の側面７３４から低屈折率部７３に入射する光が大幅に減少する。換言すれば、入射側レンズ部７１に入射した光の多くは、出射側レンズ部７２に直接入射される、あるいは、低屈折率部７３の第二面７３２に反射されて出射側レンズ部７２に入射される（図４の光Ｂ５）。これにより、グレアの発生を抑制でき、図８に示すように、マイクロレンズアレイ７を備えた車両用灯具１によりカットラインを含む所望の形状を有する配光パターンＰ２を形成することができる。

【0044】

なお、本実施形態において、出射側レンズ部７２の出射面は、左右方向から見ても上下方向から見ても単一の曲率半径を有する曲面をなしている。しかしながら、例えば図９に示すように、出射側レンズ部７２Ａの出射面は、曲率半径の異なる第一領域７２１と第二領域７２２を有してもよい。

【0045】

図１０は、図９の出射側レンズ部７２Ａを出射側レンズ部７２Ａ側から見た模式図である。図１０に示すように、例えば第一領域７２１と第二領域７２２を分ける境界線ＢＬは左右方向に延びる線であり、第一領域７２１は第二領域７２２よりも上方に位置している。本例においては、第一領域７２１と第二領域７２２は、出射側レンズ部７２Ａの光軸Ａｘが境界線ＢＬを通るように、区分けされている。

【0046】

第一領域７２１は、カットライン形成部に焦点が位置する曲率半径を有する。第二領域７２２は、第一領域７２１の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する。例えば、第二領域７２２の曲率半径は、第一領域７２１の曲率半径に対して１．１～１．５倍が好ましい。

【0047】

第一領域７２１は、図３に示したように上下方向から見ると単一の曲率半径を有する曲面をなすように形成される。第二領域７２２もまた、図３に示したように上下方向から見ると単一の曲率半径を有する曲面をなすように形成される。

【0048】

出射側レンズ部７２の出射面が左右方向から見て単一の曲率半径を有する場合、出射側レンズ部７２の入射面から入射して出射側レンズ部７２の出射面に到達した光の一部は、出射面から上方に出射されて、グレアの要因となる場合がある（図１１の光Ｂ１６参照）。

【0049】

これに対して、出射側レンズ部７２Ａでは、第二領域７２２から出射される光の屈折の度合いが小さいので、図１１に示すように、入射側レンズ部７１の入射面７１ａから入射して出射側レンズ部７２Ａの出射面の第二領域７２２に入射した光Ｂ６は、単一の曲率半径を有する出射面から出射される光Ｂ１６よりも下方に向けて出射される。したがって、グレアの発生を抑制できる。

【0050】

なお、このような出射側レンズ部７２Ａの構成は、マイクロレンズアレイ７を構成する全ての出射側レンズ部７２に適用されてもよいし、一部の出射側レンズ部７２に適用されてもよい。例えば、出射側レンズ部７２Ａは、入射面の曲率半径が大きく光を拡散させる構成を有する入射側レンズ部７１の対となる出射側レンズ部７２に適用されうる。

【0051】

また、図９に示した出射側レンズ部７２Ａの構成は、図２の光学系７０以外の構成を有する光学系にも適用可能である。例えば、出射側レンズ部７２Ａの構成は、入射面の下面が低屈折率部７３の第二面７３２と同じ又は下方に位置する光学系にも適用されうる。

【0052】

（第二実施形態）
次に、図１２から図１４を用いて、第二実施形態に係るマイクロレンズアレイ７について詳述する。図１２は、図１に示すマイクロレンズアレイ７の側面図である。

【0053】

図１２に示すように、マイクロレンズアレイ７は、複数の光学系７０を有する。各々の光学系７０は、光の出射方向（主光軸Ｍｘ：入射側レンズ部７１の光軸Ａｘ）に直交する方向に隣接しており、各々の光学系７０は一体化されている。複数のレンズ部品が単一のマイクロレンズアレイ７として統合されているため、各々の光学系７０の位置決め精度が高い。また、持ち運びなどの取り扱いが容易となっている。光学系７０（各々のマイクロレンズ）の大きさは任意であるが、照射方向正面視で約０．５～１０ｍｍ四方が好ましく、さらに約０．５～５ｍｍ四方がより好ましい。また、光学系７０の前後方向の厚さは、３ｍｍ～４０ｍｍが好ましい。

【0054】

図１２に示したように、各々の光学系７０は、一対に設けられた入射側レンズ部７１と出射側レンズ部７２と、低屈折率部７３と、を備えている。例えば、光学系７０ａは、入射側レンズ部７１のうちの入射面７１ａを含む部位と、出射側レンズ部７２のうちの出射面７２ａを含む部位と、低屈折率部７３ａと、を備えている。光学系７０ｂ～７０ｆについても同様である。

【0055】

入射側レンズ部７１は、低屈折率部７３よりもプライマリレンズ６側に設けられている。出射側レンズ部７２は、低屈折率部７３よりもアウタカバー２側に設けられている。入射側レンズ部７１と出射側レンズ部７２は、共通の光軸Ａｘ上に設けられており、互いに向かい合っている。各々の光学系７０の光軸Ａｘは、車両用灯具１の主光軸Ｍｘに平行である。入射側レンズ部７１と出射側レンズ部７２は、それぞれ凸レンズ形状とされている。図示したマイクロレンズアレイ７においては、各々の光学系７０は互いに同一の形状・寸法となっている。なお、出射側レンズ部７２の焦点距離は、入射側レンズ部７１のレンズ厚みＤと同等またはそれ以下である。

【0056】

低屈折率部７３は、一つの光学系７０を形成する一対の入射側レンズ部７１と出射側レンズ部７２との間に設けられている。低屈折率部７３は、マイクロレンズアレイ７を第一方向（図１２の例では左右方向）に貫通している。 なお、本例においては左右方向から見た場合の低屈折率部７３の形状は略長方形状であるが、略三角形状など他の形状にしてもよい。

【0057】

低屈折率部７３は、その屈折率が光学系７０を構成する他の部位（入射側レンズ部７１、出射側レンズ部７２、および入射側レンズ部７１と出射側レンズ部７２を連結する部分）の屈折率よりも低くなるように構成されている。例えば、低屈折率部７３は、空洞であり、その内部には例えば空気などが存在してもよい。あるいは低屈折率部７３は、他の部位を形成する材料とは異なる材料により構成されうる。低屈折率部７３とその他の部位の屈折率の差は０．０３以上が好ましく、さらに０．０５以上がより好ましい。低屈折率部７３は、密閉された閉領域であってもよいし、密閉されていない開領域であってもよい。

【0058】

低屈折率部７３は、出射側レンズ部７２の焦点ｆを通って延びる第一面７３１と、第一面７３１から入射側レンズ部７１の入射面へ延びる第二面７３２と、を含む。また、第一面７３１と第二面７３２との境界部７３３によってカットライン形成部が構成されている。本実施形態において、第一面７３１は、上下方向および左右方向に延びる面である。また、第二面７３２は、前後方向および左右方向に延びる面である。第二面７３２は、例えば、対応する入射側レンズ部７１から入射して第二面７３２に到達した光を全反射するように構成される。

【0059】

ある光学系７０の入射側レンズ部７１に入射した光は、基本的には、同じ光学系７０に属する出射側レンズ部７２に入射するように構成されている。例えば図１２に示されるように、入射側レンズ部７１に入射した光Ｂ１１は、対となる出射側レンズ部７２に向かって進行し、出射側レンズ部７２の出射面から出射される。しかしながら、光源から出射された光は、光源の種類によって程度の差はあるものの、放射状に広がる傾向がある。このため、入射側レンズ部の形状などを調整しても、光源から出射され入射側レンズ部に入射した光が対となる出射側レンズ部に到達しないことがある。本実施形態においては、マイクロレンズアレイ７は、第二面７３２を有する低屈折率部７３を備えている。これにより、入射側レンズ部７１に入射した光のうち、そのままでは対となる出射側レンズ部７２に入射しないような光の少なくとも一部（光Ｂ１２）を、低屈折率部７３の第二面７３２で反射させて対となる出射側レンズ部７２に入射させることができる。

【0060】

各々の光学系７０は、入射側レンズ部７１の入射面から境界部７３３までの厚さＡと境界部７３３から出射側レンズ部７２の出射面までの厚さＢの比率Ａ：Ｂが１．８：１以上となるように形成されている。なお、本明細書において厚さとは、光軸Ａｘに沿った方向（図１２の例では前後方向）の厚さを意味する。より詳細には、厚さＡとは、光軸Ａｘ上における入射側レンズ部７１の入射面の最も突出した部位から境界部７３３までの寸法である。厚さＢとは、光軸Ａｘ上における境界部７３３から出射側レンズ部７２の出射面の最も突出した部位までの寸法である。

【0061】

図１３は、光学系７０におけるレンズ部の厚さの比率Ａ：Ｂと光束効率およびクロストーク光線割合との関係を例示している。図１３において、横軸は比率Ａ：Ｂを表している。縦軸は光束効率およびクロストーク発生割合を表している。黒三角は光束効率の値を示しており、黒丸がクロストーク光線割合の値を示している。

【0062】

光束効率（％）は、シミュレーションソフトにより算出した参考値である。
クロストーク光線割合（％）は、入射側レンズ部７１の入射面に入射した光が対ではない隣の出射側レンズ部７２の出射面に入射する割合（いわゆる光のクロストークの発生割合）を示している。クロストーク光線割合（％）は、｛（Ｃ－Ｐ／２）／Ｃ｝×１００により算出される。

【0063】

ここで、図１４に示したように、Ｐは入射側レンズ部７１（出射側レンズ部７２）のピッチである。Ｃは、入射側レンズ部７１の入射面７１ａに入射した光のうち、対ではない隣の出射側レンズ部７２の出射面７２ｂに入射する光Ｂ１３の高さ（光軸Ａｘ光に沿って対となる出射側レンズ部７２の出射面７２ａに入射する光Ｂ１４に対する高さ）である。Ｃ－Ｐ／２は、隣の出射側レンズ部７２の出射面７２ｂに入射する光Ｂ１３において隣の出射側レンズ部７２にはみ出している部分の高さである。なお、本明細書において高さとは、光軸Ａｘに直交する方向（図１３では上下方向）の高さを意味する。また、Ｐ：Ｃ＝Ａ：Ｂの関係が成り立つので、クロストーク光線割合（％）は、｛（Ｃ－Ｐ／２）／Ｃ｝×１００＝（１－Ａ／２Ｂ）×１００により算出できる。

【0064】

図１３に示すように、比率Ａ：Ｂが大きくなるにつれて光のクロストーク発生割合が小さくなり、比率Ａ：Ｂが２：１以上になると光のクロストーク発生割合がゼロとなった。すなわち、理論上、比率Ａ：Ｂが２：１以上であれば光のクロストークが発生しなくなることが分かった。そこで、実際に複数のサンプルを制作して光のクロストーク発生割合を確認した。各部の寸法誤差などに起因して、比率Ａ：Ｂが１．８以上であれば、光のクロストークの発生が抑制できることを確認できた。

【0065】

上述のように、本実施形態に係る光学系７０は、比率Ａ：Ｂが１．８：１以上になるように形成されているので、入射側レンズ部７１から入射した光の一部が低屈折率部７３の第二面７３２で反射されずに対ではない隣の出射側レンズ部７２に入射する光のクロストークの発生を抑制できる。また、入射側レンズ部７１から入射して低屈折率部７３の第二面７３２で反射した光も、対ではない隣の出射側レンズ部７２に入射することを抑制できる。したがって、光の利用効率を高めることができる。

【0066】

また、図１３に示すように、比率Ａ：Ｂが大きくなるにつれて光束効率が大きくなり、比率Ａ：Ｂが２．５：１以上になると光束効率は飽和状態となる。他方、光学系７０において比率Ａ：Ｂが大きくなるほど、光学系７０により投影される像のサイズが大きくなる傾向になる。したがって、各々の光学系７０は、比率Ａ：Ｂが２．５：１以下となるように形成されることが好ましい。光学系７０を比率Ａ：Ｂを２．５：１以下となるように形成することにより、投影像が求めている投影像に対して大きくなりすぎることを抑制できる。

【0067】

なお、図１４に示した例（光軸Ａｘ上に入射側レンズ部７１が存在する構成）とは異なり、入射側レンズ部７１の一部が削られて光軸Ａｘ上に入射側レンズ部７１が存在しない構成における厚さＡとは、存在している入射側レンズ部７１の入射面の曲率を保ったまま入射面を光軸Ａｘと交差する位置まで仮想的に延長した場合に、仮想的に延長した入射面のうち光軸Ａｘ上に位置する仮想点から光軸Ａｘに沿って境界部７３３まで延ばした仮想線の長さを意味する。
もっとも、実際には「入射側レンズ部７１の入射面の最も突出した部位」と「仮想点」との光軸方向のずれ量は、他の寸法Ｂ，Ｃ，Ｐと比較して極めて小さい。このため、「存在している入射側レンズ部７１の入射面のうち最も突出した部位」から境界部７３３までの光軸Ａｘ方向の距離を厚さＡとして上式を計算したとしても、１．８や２．５といった数値範囲に大きな影響は及ばない。

【0068】

（第三実施形態）
次に、図１５および図１６を用いて、第三実施形態に係るマイクロレンズアレイ７について説明する。図１５は、拡散部４０を有するマイクロレンズアレイ７を右方向から見た断面図である。図１６は、拡散部４０を有するマイクロレンズアレイ７を上方向から見た断面図である。

【0069】

マイクロレンズアレイ７は、複数の光学系４１を有する。複数の光学系４１は上下方向（第一方向の一例）と左右方向（第二方向の一例）とに隣接して配置されている。図示したマイクロレンズアレイ７において、各々の光学系４１の形状および寸法は同一である。各々の光学系４１は透明樹脂材またはガラス材などから構成される単一の光学部品である。光学系４１の大きさは任意であるが、例えば、単一の光学系４１における正面視において、０．５ｍｍ～１０ｍｍ四方であることが望ましく、より好ましくは０．５ｍｍ～５ｍｍ四方であることが望ましい。また、光学系４１の前後方向の厚さは、３ｍｍ～４０ｍｍであることが望ましい。

【0070】

各々の光学系４１はそれぞれ、一対の入射側レンズ部４２および出射側レンズ部４３と空洞部４４とを有する。入射側レンズ部４２は、空洞部４４よりもプライマリレンズ６側に設けられている。出射側レンズ部４３は、空洞部４４よりもアウタカバー２側に設けられている。入射側レンズ部４２と出射側レンズ部４３とは互いに向き合っており、共通の光軸Ａｘ２を有する。なお、光軸Ａｘ２は主光軸Ｍｘと平行である。入射側レンズ部４２は、凸レンズ形状である。入射側レンズ部４２は、プライマリレンズ６によって入射させられた光を、対応する出射側レンズ部４３に入射するように構成されている。なお、入射側レンズの焦点は、後述する空洞部４４付近に存在することが望ましい。

【0071】

空洞部４４は、一つの光学系４１を形成する入射側レンズ部４２と出射側レンズ部４３との間に設けられている。空洞部４４は、マイクロレンズアレイ７を左右方向に貫通する空洞である。空洞部４４の内部には、例えば空気などの任意の媒質が存在する。また、空洞部は密閉された閉領域であっても、密閉されていない開領域であっても良い。なお、図１５にて例示する空洞部４４は開領域である。

【0072】

図１５に示すように、空洞部４４は第一面４４Ａと第二面４４Ｂを持つ。第一面４４Ａは、上下方向と左右方向とを含む平面上にある。第二面４４Ｂは、前後方向と左右方向とを含む平面上にある。第一面４４Ａと第二面４４Ｂの境界部によってカットライン形成部が構成されている。対応する入射側レンズ部４２から入射して第二面４４Ｂに届いた光を全反射するように第二面４４Ｂを構成することが望ましい。

【0073】

出射側レンズ部４３は、光学系４１の中を通って出射側レンズ部４３に入射した光をアウタカバー２側に出射する。ここで、図１５に示すように出射側レンズ部４３の出射面を左右方向から見ると出射面は曲面を成している。また、図１６に示すように出射側レンズ部４３の出射面を上下方向から見ると、出射面は平面を成している。
なお、出射側レンズ部４３の出射面を左右方向から見ると出射面は曲面を成し、出射側レンズ部４３の出射面を上下方向から見ると出射面は平面を成している光学系４１が構成するマイクロレンズアレイを拡散部４０と呼ぶことがある。

【0074】

図１５および図１６を用いて、拡散部４０を通過する光の光路について説明する。
はじめに、拡散部４０を左右方向から見た場合の光路について説明する。図１５に示すように、主光軸Ｍｘおよび光軸Ａｘ２と略平行に入射側レンズ部４２の入射面に入射した光は、入射面において屈折する。入射面において屈折した光のうちの一部の光Ｌ１は、空洞部４４の第二面４４Ｂにおいて全反射し、出射側レンズ部４３に向かって進行する。入射面において屈折した他の光Ｌ２は、直接出射側レンズ部４３に向かって進行する。出射側レンズ部４３に入射した光は、出射側レンズ部４３の出射面において屈折する。

【0075】

光Ｌ１は、第二面４４Ｂで反射されなければ、光Ｌ１が入射した入射側レンズ部４２と対応しない異なる光学系の出射側レンズ部に進行することがある。この場合、出射側レンズ部の出射面において屈折して出射した光が、所望の方向に進行せずに迷光の原因となることがある。本実施形態に係るマイクロレンズアレイ７は空洞部４４の第二面４４Ｂを備えているので、入射側レンズ部４２から入射した光のほぼすべてを対応する出射側レンズ部４３から出射させることができるので、迷光の発生を低減できるとともに、光の利用効率を向上させることもできる。
また、空洞部４４の第一面４４Ａおよび第二面４４Ｂの境界部によって構成されるカットライン形成部は、第二面４４Ｂで反射されなければ出射側レンズ部４３の出射面における屈折によって上方に照射されるはずの光を好適に遮断する。このため、車両用灯具１の前方の上方に照射されて対向車に眩しさを与えるおそれのある光が生じにくくされている。

【0076】

次に、拡散部４０を上下方向から見た場合の光路について説明する。図１６に示すように、主光軸Ｍｘと略平行に入射側レンズ部４２の入射面に入射した光は、入射面において屈折する。入射面において屈折した光は入射側レンズ部４２の焦点でいったん収束した後に、再び拡散するようにマイクロレンズアレイ７内を進行する。出射側レンズ部４３に入射した光は、出射面において屈折する。このとき、出射面において屈折した光はさらに拡散するように進行する。

【0077】

特許文献１のようなマイクロレンズアレイは（図１８も参照）、出射側レンズ部の出射面を上下方向から見ても左右方向から見ても凸状の曲面を成している。このとき、図１８に示すように出射面レンズの出射面から出射する光は拡散せずに、集光しようとする傾向がある。このようなマイクロレンズアレイにおいて、ロービーム用の配光パターンを形成しようとすると、左右方向の光の拡散が不足しがちであった。

【0078】

本実施形態に係るマイクロレンズアレイ７において、拡散部４０を構成する光学系４１に係る出射側レンズ部４３の出射面は、第一方向である上下方向から見ると平面をなし、第二方向である左右方向から見ると曲面をなす。
左右方向から見た場合、拡散部４０の出射側レンズ部４３の出射面は曲面であるため、拡散部４０から出射される光は上下方向には集光しやすい。一方で、上下方向から見た場合、拡散部４０の出射側レンズ部４３の出射面は平面であるため、拡散部４０から出射される光は左右方向に拡散しやすい。
車両用灯具１は左右方向の照射範囲は、上下方向の照射範囲よりも広いことが求められる。本実施形態に係る車両用灯具１によれば、左右方向の照射範囲が広い配光パターンを形成しやすい。

【0079】

本実施形態に係るマイクロレンズアレイ７は、拡散部４０を構成する光学系４１の他に、配光形成部５０を構成する光学系５１をさらに備えていても良い。図１７は、配光形成部５０を有するマイクロレンズアレイ７を右方向から見た断面図である。図１８は、配光形成部５０を有するマイクロレンズアレイ７を上方向から見た断面図である。配光形成部５０は拡散部４０と比較して、出射側レンズの出射面が上下方向から見ても、曲面を成している点が異なっている。

【0080】

図１７および図１８を用いて、配光形成部５０を通過する光の光路について説明する。
配光形成部５０を左右方向から見た場合の光路については、拡散部４０と同様である。つまり、出射側レンズ部５３の出射面から出射した光は、概ね下方向に向かいつつ収束するように進行する。

【0081】

次に、配光形成部５０を上下方向から見た場合の光路について説明する。図１８に示すように、主光軸Ｍｘと略平行に入射側レンズ部５２の入射面に入射した光は、入射面において屈折する。入射面において屈折した光は入射側レンズ部５２の焦点でいったん収束した後に、再び拡散するようにマイクロレンズアレイ７内を進行する。出射側レンズ部５３に入射した光は、出射面において屈折する。しかし、拡散部４０における光路とは異なり、出射面において屈折した光は収束するように進行する。

【0082】

本実施形態に係るマイクロレンズアレイ７の光学系４１，５１は、拡散部４０の他に、配光形成部５０も構成しうる。配光形成部５０は集光した配光パターンを形成しやすい。マイクロレンズアレイ７は、拡散部４０により広く光を照射することと、配光形成部５０により集光された光を照射することとを両立できる。

【0083】

図１７および図１８に示すように、拡散部４０および配光形成部５０の入射側レンズ部４２，５２は、入射面において異なる２つの曲率半径を持つバイコーニックレンズであってもよい。このときすなわち、入射側レンズ部４２，５２を左右方向から見たときと上下方向から見たときとで曲率半径が異なる。

【0084】

ここで、拡散部４０と配光形成部５０とを上下方向から見たときに、入射側レンズ部４２，５２の入射面の曲率半径が異なっていることが望ましい。図１６および図１８を比較すると、拡散部４０の入射側レンズ部４２が有する入射面の曲率半径は、配光形成部５０の入射側レンズ部５２が有する入射面の曲率半径よりも小さい。

【0085】

拡散部４０の入射側レンズ部４２の入射面の曲率半径は、配光形成部５０の入射側レンズ部５２の入射面の曲率半径よりも小さいので、拡散部４０の入射側レンズ部４２の焦点距離は、配光形成部５０の入射側レンズ部５２の焦点距離よりも短くなる。これにより、拡散部４０内を通過する光はより拡散される。

【0086】

図１９はマイクロレンズアレイ７を構成する複数の光学系４１，５１の出射側レンズ部４３，５３を正面（前方）から見た図である。図１９に示すように、拡散部４０は配光形成部５０に囲まれている。このように構成することで、意匠性の高いマイクロレンズアレイ７を実現できる。

【0087】

本実施形態に係る車両用灯具１は、光源５とプライマリレンズ６の他に、上記のマイクロレンズアレイ７を備えている。これにより、より拡散された光を照射できる車両用灯具１を実現できる。

【0088】

本実施形態に係る車両用灯具１において、拡散部４０と配光形成部５０とに光を照射させる光源を分けて構成しても良い。図２０は、車両用灯具１を上方向から見た断面図である。灯室４には、拡散部４０と配光形成部５０とを備えたマイクロレンズアレイ７の他に、第一光源５Ａ、第二光源５Ｂ、第一プライマリレンズ６Ａ、および、第二プライマリレンズ６Ｂを備えている。第一光源５Ａから出射した光は第一プライマリレンズ６Ａを介して配光形成部５０に入射する。第二光源５Ｂから出射した光は第二プライマリレンズ６Ｂを介して拡散部４０に入射する。

【0089】

このような車両用灯具１において、第一光源５Ａから照射された光は第一プライマリレンズ６Ａを通って配光形成部５０に入射し、第二光源５Ｂから照射された光は第二プライマリレンズ６Ｂを通って拡散部４０に入射する。配光形成部５０と拡散部４０とに、それぞれ独立して光源とプライマリレンズとが設けられているので、車両用灯具１の設計が光学的に容易である。

【0090】

なお、拡散部４０と配光形成部５０とに光を照射する光源を分ける車両用灯具について例示したが、車両用灯具は、１つの光源から拡散部と配光形成部とを備えるマイクロレンズアレイに向けて光を照射するように構成されてもよい。

【0091】

以上、実施形態に基づいて本開示を説明した。本実施形態は本開示の一例であって、上述した実施形態に限定されず、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所等は、本開示を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

【0092】

本開示のマイクロレンズアレイ７は、車両用灯具に用いることが好適ではあるが、他の用途の灯具に用いてもよい。

【0093】

本出願は、２０２１年８月３０日出願の日本特許出願２０２１－１３９９７３号、２０２１年８月３０日出願の日本特許出願２０２１－１３９９７４号および２０２１年８月３０日出願の日本特許出願２０２１－１３９９７５号に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

【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】