CN105351839A - 车辆用前照灯装置 - Google Patents

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Abstract

车辆用前照灯装置(10)包括相互隔着间隔地配置有多个LED芯片(12)的光源(14)、和将从光源(14)射出的光作为光源像投影向车辆前方的投影透镜(16)。多个LED芯片(12)被配置在投影透镜(16)的焦点前方。LED芯片(12)可以被配置成其发光面朝向车辆前方。LED芯片(12)的发光面为矩形，该发光面的边可以被配置成相对于车宽方向倾斜。

Description

车辆用前照灯装置
本申请是株式会社小系制作所于2012年8月29日提交的名称为“车辆用前照灯装置”、申请号为201280042836.7的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及车辆用前照灯装置。
背景技术
以往，发明了具有将多个半导体发光元件配置成矩阵状的光源、和集光透镜，并被构成使得按预定的配光图案照射前方的车辆用的照明装置(例如专利文献1)。
此外，以往还发明了能通过具备矩阵状地上下左右相邻配置的多个发光二极管的光源、来生成不同的照度分布的照明装置(例如专利文献1)。
这样的照明装置通过选择性地点亮多个半导体发光元件的一部分、或控制点亮时的通电量，而实现了各种配光图案。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2001-266620号公报
发明内容
〔发明所要解决的课题〕
然而，若相邻的半导体发光元件间存有间隙，则有时因半导体发光元件间的暗部被投影而在配光图案上呈现出其模样，给驾驶者带来不协调感。
此外，在为使矩阵状排列的发光二极管一个一个都成为预定的明亮度而针对每个发光二极管监视所通电流，进行控制使其成为预定电流的情况下，需要针对每个发光二极管配置驱动电路。因此，装置整体的成本増大。
另外，希望车辆用前照灯装置能根据状况而形成集光的配光图案或发散的配光图案。
本发明是鉴于这样的状况而研发的，其目的之一在于提供一种抑制对光源像的不协调感的技术。
此外，本发明的其它目的之一在于，提供一种使结构简单、且降低了成本的车辆用前照灯装置。
另外，本发明的其它目的之一在于，提供一种能形成集光和发散的配光图案的车辆用前照灯装置。
〔用于解决课题的手段〕
为解决上述课题，本发明一个方案的车辆用前照灯装置包括相互隔着间隔地配置有多个半导体发光元件的光源，和使从光源射出的光作为光源像向车辆前方投影的投影透镜。多个半导体发光元件被配置在投影透镜的焦点前方。
通过该方案，相邻的半导体发光元件间的暗部在所投影出的光源像中变得不显眼。
半导体发光元件的发光面可以被配置得朝向车辆前方。由此，无需反光罩等反射部件。
半导体发光元件，其发光面可以为矩形，可以被配置使得该发光面的边相对于车宽方向倾斜。由此，容易形成倾斜的明暗截止线。此外，能使水平方向的明暗截止线模糊化。
在将投影透镜的焦点距离记为f[mm]时，半导体发光元件可以被配置使得该半导体发光元件与投影透镜的距离在0.98f以下。
在将投影透镜的焦点距离记为f[mm]、该半导体发光元件的发光面的一边记为W[mm]、该半导体发光元件与相邻的半导体发光元件的节距为P[mm]时，半导体发光元件可以被配置使得该半导体发光元件与投影透镜的距离在((P-W)/P)×f以上。
本发明的另一方案也是一种车辆用前照灯装置。该车辆用前照灯装置包括：矩阵状地排列有多个半导体发光元件、能朝车辆前方照射光的光源；控制光源所包含的多个半导体发光元件的亮灭的控制部。多个半导体发光元件包括：射出朝向车辆前方的照射区域所包含的第1区域的多个第1半导体发光元件；射出朝向照射区域所包含的不同于第1区域的第2区域的光、具有与第1半导体发光元件不同特性的多个第2半导体发光元件。控制部包括：第1驱动部，对被分成比第1半导体发光元件的数量少的数量个组的多个第1半导体发光元件，按组来进行驱动；第2驱动部，对被分成比第2半导体发光元件的数量少的数量个组的多个第2半导体发光元件，按组来进行驱动。
通过该方案，要驱动的组的数量比半导体发光元件的数量少，故能简化驱动部的构成。此外，通过选择与照射区域所包含的各区域对应的适当特性的半导体发光元件，能降低光源的成本。
第1半导体发光元件可以由与第2半导体发光元件相比、流过相同电流时的亮度不同的元件构成。由此，容易根据照射区域所包含的各区域来改变明亮度。
第1半导体发光元件可以由与第2半导体发光元件相比、正向电流的最大额定值不同的元件构成。由此，容易根据照射区域所包含的各区域来改变明亮度。
第1半导体发光元件可以被配置使得第1区域包含照射区域的中央部；控制部可以控制该第1半导体发光元件和该第2半导体发光元件的亮灭，使得第1半导体发光元件的亮度比第2半导体发光元件的亮度高。由此，能使照射区域的中央部更明亮。
多个半导体发光元件可以被配置成其发光面朝向车辆前方。由此，无需反光罩等反射部件。
多个半导体发光元件的发光面为矩形，可以被配置使得该发光面的边相对于车宽方向倾斜。由此，容易形成倾斜的明暗截止线。另外，能使水平方向的明暗截止线模糊化。
本发明的另一方案也是一种车辆用前照灯装置。该装置包括：矩阵状地排列有多个半导体发光元件、能朝车辆前方照射光的光源；控制光源所包含的多个半导体发光元件的亮灭的控制部。多个半导体发光元件包括：被配置在矩阵状地排列有半导体发光元件的区域的第1块内的多个第1半导体发光元件；被配置在矩阵状地排列有半导体发光元件的区域的、不同于第1块的第2块内、并具有与第1半导体发光元件不同的特性的多个第2半导体发光元件。控制部包括：第1驱动部，对被分成比第1半导体发光元件的数量少的数量个组的多个第1半导体发光元件，按组来进行驱动；第2驱动部，对被分成比第2半导体发光元件的数量少的数量个组的多个第2半导体发光元件，按组来进行驱动。
通过该方案，由于要驱动的组的数量比半导体发光元件的数量少，故能简化驱动部的构成。此外，通过选择与矩阵状地排列有半导体发光元件的区域所包含的各块对应的适当特性的半导体发光元件，能降低光源的成本。
本发明再一个方案还是车辆用前照灯装置。该装置包括：相互隔着间隔地配置有多个半导体发光元件的光源；使从光源射出的光作为光源像向车辆前方投影的投影透镜；以及被设于投影透镜的车辆前方侧、使光源像的倍率变化的倍率变化机构。
通过该方案，能不改变投影透镜和光源的位置地改变光源像的倍率。
多个半导体发光元件可以被配置在投影透镜的焦点前方。由此，相邻的半导体发光元件间的暗部在投影出的光源像中变得不显眼。
半导体发光元件可以被配置使得其发光面朝向车辆前方。由此，无需反光罩等反射部件。
半导体发光元件的发光面为矩形，该发光面的边可以被配置使得相对于车宽方向倾斜。由此，容易形成倾斜的明暗截止线。此外，能使水平方向的明暗截止线模糊化。
倍率变化机构可以是被构成为光源像的向车宽方向的倍率变化比向上下方向的倍率变化大的光学系统。由此，能形成以车宽方向的广范围为对象的集光、发散配光图案。
光学系统可以是畸变透镜(anamorphiclens)系统。由此，能以简易的构成形成集光和发散的配光图案。
此外，将以上构成要素的任意组合、本发明的表现形式在方法、装置、系统、等间变换后的方式，作为本发明的方案也是有效的。
〔发明效果〕
通过本发明，能抑制对光源像的不协调感。
或者，通过本发明，能提供使结构简单、且降低了成本的车辆用前照灯装置。
或者，通过本发明，能实现可形成集光和发散的配光图案的车辆用前照灯装置。
附图说明
图1是从侧方看将多个半导体发光元件矩阵配置的前灯的要部的图。
图2是从正面看将多个LED芯片矩阵配置的状态的图。
图3的(a)是表示从焦点出来的光入射到投影透镜时的光路的图，图3的(b)是表示从焦点后方出来的光入射到投影透镜时的光路的图，图3的(c)是表示从焦点前方出来的光入射到投影透镜时的光路的图。
图4是表示将矩形的LED芯片的各边平行于水平方向地配置的矩阵LED的排列的示意图。
图5是从侧方看第1实施方式的车辆用前照灯装置的概略结构图。
图6是表示从正面看图5所示的光源时的矩阵LED的排列的示意图。
图7的(a)是表示由第1实施方式的车辆用前照灯装置形成的近光配光图案的图，图7的(b)是表示由第1实施方式的车辆用前照灯装置形成的远光配光图案的图。
图8是将第1实施方式的矩阵LED的一部分放大后的图。
图9的(a)、图9的(b)是用于说明第1实施方式的矩阵LED的变形例的图。
图10的(a)～图10的(c)是表示由矩阵LED形成的点光束状的配光图案的图。
图11是表示由第1实施方式的车辆用前照灯装置形成的配光图案的一例的图。
图12是表示前灯系统的概略构成的功能块图。
图13是表示第1实施方式的前灯系统中的控制的一例的流程图。
图14的(a)是表示形成基本光束(BL)时的矩阵LED的点亮状态的图；图14的(b)是表示由图14的(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图；图14的(c)是表示形成城镇模式光束(townbeam)(TL)时的矩阵LED的点亮状态的图；图14的(d)是表示由图14的(c)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图；图14的(e)是表示形成高速路模式光束(motorwaybeam)(ML)时的矩阵LED的点亮状态的图；图14的(f)是表示由图14的(e)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图；图14的(g)是表示形成雨天模式光束(wetbeam)(WL)时的矩阵LED的点亮状态的图；图14的(h)是表示由图14的(g)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图；图14的(i)是表示使高速路模式光束(ML)旋转时的矩阵LED的点亮状态的图；图14的(j)是表示由图14的(i)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。
图15是从侧方看第2实施方式的车辆用前照灯装置的概略结构图。
图16是表示将图15所示的多个LED芯片矩阵配置的光源的一例的示意图。
图17是表示将图15所示的多个LED芯片矩阵配置的光源的另一例的示意图。
图18是用于说明第2实施方式的矩阵LED中的各种LED芯片的配置的图。
图19是表示前灯系统的概略构成的功能块图。
图20是表示驱动电路装置和通道电路(群)的概要的示意图。
图21是表示矩阵LED内的各通道的LED芯片的连接例的示意图。
图22的(a)～图22的(c)是表示将通道电路和多个LED芯片并联连接的状态的电路图。
图23的(a)～图23的(c)是表示将通道电路与多个LED芯片串联连接的状态的电路图。
图24的(a)是表示形成远光时的矩阵LED的点亮状态的图；图24的(b)是表示由图24的(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。
图25的(a)是表示形成基本光束(BL)时的矩阵LED的点亮状态的图；图25的(b)是表示由图25的(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。
图26的(a)是表示形成城镇模式光束(TL)时的矩阵LED的点亮状态的图；图26的(b)是表示由图26的(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。
图27的(a)是表示形成高速路模式光束(ML)时的矩阵LED的点亮状态的图；图27的(b)是表示由图27的(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。
图28的(a)是表示形成雨天模式光束(WL)时的矩阵LED的点亮状态的图；图28的(b)是表示由图28的(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。
图29的(a)是表示形成ADB时的矩阵LED的点亮状态的图；图29的(b)是表示由图29的(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。
图30的(a)是表示DRL的配光图案的图；图30的(b)是表示通常的远光配光图案的图；图30的(c)是表示兼用DRL时所需的远光配光图案的图。
图31的(a)是表示FOG灯的配光图案的图；图31的(b)是表示通常的近光配光图案的图；图31的(c)是表示兼用FOG灯时所需的近光配光图案的图。
图32是表示第2实施方式的前灯系统中的控制的一例的流程图。
图33是示意性地表示第3实施方式的车辆用前照灯装置的构成的立体图。
图34是从侧方看将多个半导体发光元件矩阵配置来作为光源的车辆用前照灯装置的要部的图。
图35的(a)是表示第3实施方式的光学系统中的形成发散配光图案时的光路的示意图；图35的(b)是表示第3实施方式的光学系统中的形成集光配光图案时的光路的示意图。
图36的(a)～图36的(c)是表示由第3实施方式的车辆用前照灯装置所能形成的配光图案的图。
图37是从正面看将多个LED芯片矩阵配置的状态的图。
图38的(a)是表示从焦点出来的光入射到投影透镜时的光路的图；图38的(b)是表示从焦点后方出来的光入射到投影透镜时的光路的图；图38的(c)是表示从焦点前方出来的光入射到投影透镜时的光路的图。
图39是表示将矩形的LED芯片的各边平行于水平方向地配置的矩阵LED的排列的示意图。
图40是从侧方看第3实施方式的变形例的车辆用前照灯装置的要部的概略结构图。
图41是表示从正面看图40所示的光源时的矩阵LED的排列的示意图。
图42的(a)是表示由第3实施方式的车辆用前照灯装置形成的近光配光图案的图；图42的(b)是表示由第3实施方式的车辆用前照灯装置形成的远光配光图案的图。
图43是将第3实施方式的矩阵LED的一部分放大后的图。
图44的(a)、图44的(b)是用于说明第3实施方式的矩阵LED的变形例的图。
图45的(a)～图45的(c)是表示由矩阵LED形成的点光束状的配光图案的图。
图46是表示由第3实施方式的车辆用前照灯装置形成的配光图案的一例的图。
图47是表示前灯系统的概略构成的功能块图。
图48是表示第3实施方式的前灯系统中的控制的一例的流程图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明用于实施本发明的实施方式。在附图的说明中，对相同的要素赋予相同的标号，并适当省略重复的说明。
[第1实施方式]
近年来，作为车辆等的前照灯单元(前灯)的光源，正在开发利用了多个LED等半导体发光元件的装置。图1是从侧方看将多个半导体发光元件矩阵配置的前灯的要部的图。在图1中，在包含投影透镜210的焦点F、且垂直于光轴L的平面上配置了多个LED芯片212。在此，H表示投影透镜的主点、f表示焦点距离、fb表示后焦点。
图2是从正面看将多个LED芯片矩阵配置的状态的图。通过使由这样矩阵配置的多个LED芯片(以下称作“矩阵LED”。)构成的光源朝向车辆前方、并在其前方配置了投影透镜的光学系统，包含焦点F的平面上的LED芯片的亮度分布被投影向前方。因此，若LED芯片有多个，则屏幕上被投影该LED芯片群的亮度分布。然而，在使用了这样的矩阵LED的头灯中，在以下方面尚有改良的余地。
(1)LED芯片间的暗部(对应于图2所示的间隙g1、g2)在屏幕上较为显眼。这样的暗部会使驾驶者的视认性部分降低。例如若道路前方有屏风，则其上会出现矩形的模样。另外，有时路面上会出现条纹模样。
(2)难以形成近光配光图案所需要的倾斜(45度)明暗截止线的Z配光。此外，无法使明暗截止线附近模糊化。
接下来说明投影透镜的成像。图3的(a)是表示从焦点出来的光入射到投影透镜时的光路的图；图3的(b)是表示从焦点后方出来的光入射到投影透镜时的光路的图；图3的(c)是表示从焦点前方出来的光入射到投影透镜时的光路的图。
如图3的(a)所示那样，若在焦点F上设置光源(物体)，则其像被成像于无限远。实际的投影透镜的焦点距离为30～50mm程度，与该焦点距离相比，至成像屏幕的距离(10m或25m)可以称为无限远。因此，光源的亮度分布几乎被直接投影到屏幕上，LED芯片间的暗部较为显眼。
此外，如图3的(b)所示，当在焦点F的后侧设置了光源时，光源的像成为倍率b/a的实像，故LED芯片间的暗部依然显眼。
另一方面，如图3的(c)所示，当在焦点F的前侧设置了光源时，光源的像成为虚像，屏幕上不成像。此外，若使光源过于接近投影透镜，则无法发挥投影透镜的功能，形成所希望的配光变得困难。
本发明人基于这样的认识深入研究后想到，为不使矩阵LED的亮度不均不显眼，优选通过在焦点前侧、且尽可能在焦点附近配置LED芯片，来使光源的像成为虚像。另外，还想到优选使虚像的倍率尽可能大。因此，如下这样求取虚像的倍率。
如图3的(c)所示，若设物体(光源)与投影透镜的距离为a、焦点距离为f，则成像位置(成像距离b)通过作为近轴光学系统的成像式的式(1)来表示。
1/f＝1/a-1/b…式(1)
在此，将距离a为f/2、2f/3、3f/4、4f/5、9f/10、19f/20时的、虚像的成像距离b和倍率b/a示于表1。
物体距离a 成像距离b 倍率b/a
f/2 f 2
2f/3 2f 3
3f/4 3f 4
4f/5 4f 5
9f/10 9f 10
19f/20 19f 20
〔表1〕
如图3的(c)所示，来自光源的射出光线就如同从虚像位置射出那样前进。因此，作为屏幕上的亮度分布，倍率越高、多个半导体发光元件(LED芯片)越重合，屏幕上的不均越变得不显眼。
接下来，说明前述的难以形成近光配光图案所需的倾斜明暗截止线的情况和无法使明暗截止线附近模糊化的情况。图4是表示将矩形的LED芯片的各边平行于水平方向地配置的矩阵LED的排列的示意图。
在图4所示的矩阵LED的情况下，即使使虚线所围的区域R1的LED芯片点亮、使这以外的LED芯片熄灭，也无法形成具有45度的倾斜明暗截止线的Z配光。若要以图4所示那样的LED芯片的排列实现Z配光，则需要进一步增加LED芯片的个数，模拟地形成倾斜明暗截止线。但在这样的情况下，因矩阵LED的尺寸増大，需要使投影透镜的焦点距离变长，结果招致灯具尺寸的变大。因此，发明人深入研究这些问题后，想到了采用后述布局的矩阵LED。
图5是从侧方看第1实施方式的车辆用前照灯装置的概略结构图。车辆用前照灯装置10包括：光源14，多个作为半导体发光元件的LED芯片12彼此隔有间隔地配置着；以及投影透镜16，使从光源14射出的光作为光源像投影向车辆前方。光源14具有LED电路基板18和散热器20。多个LED芯片12被配置在比投影透镜16的焦点F靠前方的位置。
因此，在本实施方式的车辆用前照灯装置10中，如前述那样，光源像被作为虚像投影到前方，故相邻的LED芯片12间的暗部在所投影出的光源像中变得不显眼。此外，多个LED芯片12以其发光面朝向车辆前方的方式配置着。由此，不再需要反光罩等反射部件。
图6是表示从正面看图5所示的光源时的矩阵LED的排列的示意图。在图6所示的矩阵LED中，以如下方式配置各LED芯片：发光面为矩形的LED芯片的各边相对于水平方向(车宽方向)倾斜(相对于水平呈45度)。
在这样的矩阵LED的情况下，若使虚线所围的区域R2的LED芯片点亮、使这以外的LED芯片熄灭，则通过点亮的LED芯片12a～12c，形成清晰的45度倾斜明暗截止线。此外，点亮的LED芯片的区域R2的上边缘成为锯齿形状，故能使水平方向的明暗截止线模糊化。
图7的(a)是表示由第1实施方式的车辆用前照灯装置形成的近光配光图案的图；图7的(b)是表示由第1实施方式的车辆用前照灯装置形成的远光配光图案的图。通过使图6所示的矩阵LED中的、被配置于区域R2的LED芯片点亮，如图7的(a)所示那样，通过由矩阵LED构成的光源形成Z配光的近光配光图案PL。此外，通过使图6所示的矩阵LED的全部都点亮，形成图7的(b)所示的远光配光图案PH。
接下来，说明与LED芯片的大小和各LED芯片间的间隔相应的适当的虚像倍率。图8是将第1实施方式的矩阵LED的一部分放大后的图。在图8中，W是LED芯片的尺寸，P是相邻的LED芯片的节距间隔，Ph是LED芯片的水平方向的节距间隔，Pv是LED芯片的垂直方向的节距间隔。
此时，虚像的倍率至少需要为P/W倍。例如若芯片尺寸W为1mm□、节距3mm，则P/W＝3，投影透镜的成像倍率至少需要是3倍。实现此的物体位置(距离)根据表1而为2f/3。
因此，LED芯片需要设置在从距投影透镜2/3焦点距离f的位置起至焦点F的位置之间。但若在焦点F上设置LED芯片，则屏幕上的亮度不均开始变得显眼。
因此，在将投影透镜16的焦点距离记为f[mm]、LED芯片的发光面的一边记为W[mm]、一个LED芯片与相邻的另一LED芯片的节距为P[mm]时，LED芯片优选被如下这样配置：LED芯片与投影透镜16的距离在((P-W)/P)×f以上。
此外，在P/W＝3时，若还考虑到LED芯片的设置误差S，则只要将LED芯片位置设置在从距投影透镜2f/3至f-S之间即可。实际上考虑到量产性，优选将光源设置在比实际的P/W大的倍率那样的位置。此外，关于设置误差S，只要考虑制造精度的标准偏差σ地适当设定即可。
如上所述，矩阵LED优选设置在比投影透镜的焦点位置F靠前方(投影透镜侧)。关于矩阵LED的设置范围，在将LED芯片尺寸记为W、节距(芯片的设置间隔)记为P时，优选投影透镜的虚像的倍率比P/W大、且小于50倍的倍率的位置(f＝50时、a＝49)的范围。
详细来说，LED芯片优选被如下这样配置：在将投影透镜16的焦点距离记为f[mm]时，LED芯片12与投影透镜16的距离在0.98f以下。由此，能使矩阵LED的芯片间的暗部变得不显眼。此外，在矩阵LED中，若与相邻的LED芯片的间隔在纵向和横向上是不同的，则节距间隔P设定得较广(P较大)。
此外，矩阵LED优选LED芯片的水平方向的节距间隔Ph在垂直方向节距间隔Pv以上。由此，能使Z配光形状更清晰。另外，由于能在铅直方向上提高光束密度，故容易形成适于前灯的横长的配光图案。
像这样，本实施方式的车辆用前照灯装置10是在光源中采用了矩阵LED的投影型的头灯，能基于来自前方监视传感器的前方车辆存在状况，设定矩阵LED的点亮部位或点亮电流，除一般的近光用配光图案和远光用配光图案外，还能实现后述的各种各样的配光图案。
接下来，说明使用了矩阵LED的配光可变型头灯系统的变形例。图9的(a)、图9的(b)是用于说明第1实施方式的矩阵LED的变形例的图。图10的(a)～图10的(c)是表示由矩阵LED形成的点光束状的配光图案的图。
如图9的(a)、图9的(b)所示那样，变形例的矩阵LED使用4～10个程度的LED芯片。例如，矩阵LED被构成为如图9的(a)所示那样排列，形成点光束状的配光图案。在此情况下，成为如图10的(a)所示那样的矩形的点光束状的配光图案P1。也可以使该配光图案P1如图10的(b)所示那样在弯路时沿水平方向移动。
此外，矩阵LED也可以被构成为如图9的(b)所示那样一部分LED芯片12d呈菱形配置地排列，形成点光束状的配光图案。在此情况下，容易形成图10的(c)所示那样的横长椭圆的点光束状的配光图案P2。
图11是表示由第1实施方式的车辆用前照灯装置形成的配光图案的一例的图。第1实施方式的车辆用前照灯装置10能形成如图11所示那样不照射一部分区域的配光图案PH’。由此，能既不给前方车辆造成眩光，又确保车辆前方的视认性。
(控制系统构成)
接下来说明前灯的控制系统的构成。图12是表示前灯系统的概略构成的功能块图。
前灯系统100具有左右的车辆用前照灯装置10、配光控制ECU102、前方监视ECU104等。车辆用前照灯装置10如前述那样具有由矩阵LED构成的光源14、投影透镜16、以及收容它们的灯体。此外，各车辆用前照灯装置10连接有使矩阵LED或灯体旋转的驱动装置(ACT)106。
前方监视ECU104连接有车载照相机108、雷达110、车速传感器112等各种传感器。前方监视ECU104对从传感器取得的摄像数据进行图像处理，检测出前方车辆(对向车和前行车)和其它路上光亮物体、以及区域线(车道标志线)，算出它们的属性和位置等配光控制所需要的数据。所算出的数据被介由车内LAN等发送到配光控制ECU102及各种车载设备。
配光控制ECU102连接有车速传感器112、舵角传感器114、GPS导航116、头灯开关118等。配光控制ECU102基于从前方监视ECU104送来的路上光亮物体的属性(对向车、前行车、反射器、道路照明)、其位置(前方、侧方)及车速，决定与该行驶场合对应的配光图案。然后，配光控制ECU102决定实现该配光图案所需的配光可变头灯的控制量。在此，控制量例如是上下左右光束移动量、屏蔽部分(遮光区域)的位置和范围等。
另外，配光控制ECU102决定驱动装置106、矩阵LED的各LED芯片的控制内容(亮灭、通电等)。关于驱动装置106，可以采用使配光可变灯单元向上下、左右方向等驱动的机械式的驱动装置。驱动器120将来自配光控制ECU102的控制量的信息变换成对应于驱动装置106及配光控制元件的动作的命令，并控制它们。
(控制流程图)
图13是表示第1实施方式的前灯系统中的控制的一例的流程图。
图13所示的处理在通过头灯开关等而被选择了时、或基于各种传感器的信息而识别到预定的状况(夜间行驶或隧道内行驶)时，被按预定的间隔反复执行。
首先，配光控制ECU102和前方监视ECU104从照相机及各种传感器、开关等取得所需的数据(S10)。数据例如是车辆前方的图像、车速、车间距离、道路形状、方向盘的舵角、由头灯开关选择的配光图案等的数据。
前方监视ECU104基于取得的数据进行数据处理1(S12)。通过数据处理1，算出车辆前方的光亮物体的属性(信号灯、照明灯、轮廓标等)、车辆的属性(对向车、前行车)、车间距离、光亮物体的亮度、道路形状(车线宽、直路、弯路)等的数据。
然后，配光控制ECU102基于数据处理1所算出的数据进行数据处理2(S14)，选择适当的配光图案。所选择的控制配光图案例如是近光用配光图案、远光用配光图案、ADB(AdaptiveDrivingBeam：自适应远光)等。此外，根据所选择的配光图案，决定LED芯片的亮灭或通电的控制量。
当ADB被选择时(S16的Yes)，由配光控制ECU102进行数据处理3(S18)。在数据处理3中，例如决定ADB控制的照明区域、遮光区域、照明光量、照射方向。此外，除这些信息外，还能基于数据处理1所算出的数据进行AFS(AdaptiveFront-LightingSystem：自适应前照灯系统)。所谓AFS控制，是根据弯路或行驶地域(市区、市郊、高速道路)、天气气候来控制配光的情况。此外，当ADB没有被选择时(S16的No)，步骤S18被跳过。
然后，配光控制ECU102在数据处理4中将数据变换成驱动用(S20)，来驱动配光控制元件或促动器(ACT)(S22)，由此进行ADB控制和旋转控制。
(各种配光图案)
图14的(a)是表示形成基本光束(BL)时的矩阵LED的点亮状态的图；图14的(b)是表示由图14的(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图；图14的(c)是表示形成城镇模式光束(TL)时的矩阵LED的点亮状态的图；图14的(d)是表示由图14的(c)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图；图14的(e)是表示形成高速路模式光束(ML)时的矩阵LED的点亮状态的图；图14的(f)是表示由图14的(e)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图；图14的(g)是表示形成雨天模式光束(WL)时的矩阵LED的点亮状态的图；图14的(h)是表示由图14的(g)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图；图14的(i)是表示使高速路模式光束(ML)旋转时的矩阵LED的点亮状态的图；图14的(j)是表示由图14的(i)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。
图14的(b)所示的配光图案是现状的近光束那样的配光图案，在市郊道路上与对向车错车时被使用。另外，图14的(d)所示的配光图案在存在道路照明的市区道路上被使用。该配光图案由于道路照明的存在而比现状的近光束降低了照明性能。另外，同时还是眩光光量也较低的光束。
图14的(f)所示的配光图案在有防眩栅的高速道路上行驶时被使用。使现状的近光束的明暗截止线向上方移动，并提高了中心光度。图14的(h)所示的配光图案在雨天时被使用。该配光图案为抑制给对向车造成的眩光而降低了车方路面区域R4的光量。即，在图14的(f)所示的高速路模式光束的配光图案中，降低了与车前路面对应的部分的光量。
图14的(j)所示的配光图案在车辆前方为弯路时能作为AFS控制而提高其行进方向的视认性。
在上述的各种配光图案的说明中，仅表示了矩阵LED的点亮部位，但实际应用时也可以调整适当部位的点亮电流。
[第2实施方式]
(车辆用前照灯装置)
图15是从侧方看第2实施方式的车辆用前照灯装置时的概略结构图。车辆用前照灯装置1010具有：光源1014，相互隔着间隔地配置有多个作为半导体发光元件的LED芯片1012；投影透镜1016，将从光源1014射出的光作为光源像而投影向车辆前方。光源1014具有LED电路基板1018和散热器1020。在此，F表示焦点，H表示投影透镜的主点，f表示焦点距离，fb表示后焦点。多个LED芯片1012被配置成其发光面朝向车辆前方。由此，无需反光罩等反射部件。
图16是表示将图15所示的多个LED芯片矩阵配置的光源的一例的示意图。图17是表示将图15所示的多个LED芯片矩阵配置的光源的另一例的示意图。使由这样矩阵配置的多个LED芯片(以下称作“矩阵LED”。)构成的光源朝向车辆前方，并在其前方配置有投影透镜，通过这样的光学系统，包含焦点F的平面上的LED芯片的亮度分布被投射向前方。
在图16所示的矩阵LED中，以发光面为矩形的LED芯片1012的各边平行于水平方向(H-H线)的方式配置各LED芯片1012。
此外，在图17所示的矩阵LED中，以发光面为矩形的LED芯片1012的各边相对于水平方向(车宽方向)倾斜(相对于水平呈45度)的方式配置各LED芯片1012。在这样的矩阵LED的情况下，使虚线所围的区域R1001的LED芯片点亮，并使这以外的LED芯片熄灭时，通过所点亮的LED芯片1012a～1012c，形成清晰的45度的倾斜明暗截止线。此外，由于点亮的LED芯片的区域R1的上边缘为锯齿形状，故能使水平方向的明暗截止线模糊化。
但在使用了矩阵LED的前灯中，为形成预定的配光图案而考虑针对每个LED芯片监视所通电流，并进行控制使其成为预定电流。此时，驱动电路(驱动)的通道数必须与LED芯片为相同数量。因此，在成本方面尚有改善的余地。
另外，在配光图案中，还存在如下现象：若车前路面或路肩过于明亮，则对于驾驶者来说反而难以行驶。因此，虽然需要使车辆前方的、H-H线与V-V交叉的区域(HV区域)附近明亮，但最好使周边比其降低光量。然而，以往的矩阵LED配置了全都是高性能且高价的相同规格的LED芯片，招致成本的上升。
因此，本发明人为降低使用了矩阵LED的光源的成本而进行了深入研究，想到了以下构成。
(1)通过区域分割和使用性能级别不同的LED芯片来降低成本
将矩阵LED分割成多个区域，在其各区域配置预定性能级别的芯片。在配光的与高光度对应的区域配置高亮度(高电流规格：高价)的LED芯片，在与低光度对应的区域配置低亮度(低电流规格：廉价)的LED芯片，整体上谋求成本的减低。
(2)通过减少通道数来降低成本
通过同时控制各区域内的多个LED芯片(以驱动1通道来控制多个LED芯片)来谋求成本的减低。
(3)通过与其它功能灯的兼用(配光的合成)来降低成本
在HV区域附近的视线上下4度的外侧、左右10度的外侧的周边视野部，有适度的明亮度就足够了。因此，通过使DRL(Daytimerunninglamp：日间行车灯)、FOG灯、提高了照明光度的示宽灯等的配光与矩阵LED的配光重叠，能达成所希望的配光。通过这样的构成，有可能能降低LED芯片的数量、特别是周边视野部的低亮度LED芯片的数量。由此，能降低矩阵LED及其驱动电路的成本。
图18是用于说明第2实施方式的矩阵LED中的各种LED芯片的配置的图。
在图18所示的光源1014内的矩阵LED中，与车辆前方的中心视野对应的块B1被配置高亮度LED芯片(级别I)，在车辆前方的屏幕上照射上下2度×左右5度程度的范围。此外，与车辆前方的有效视野对应的块B2被配置中亮度LED芯片(级别II)，在车辆前方的屏幕上照射上下4度×左右10度程度的范围。另外，与车辆前方的周边视野对应的块B3被配置低亮度LED芯片(级别III)，在车辆前方的屏幕上照射上下10度×左右30度程度的范围。
即，级别I的高亮度LED芯片被配置于HV区域附近的中心视野块B1，级别II的中亮度LED芯片被配置于其外侧的有效视野块B2，级别III的低亮度LED芯片被配置于更外侧的周边视野块B3。
接下来，说明第2实施方式的矩阵LED被分割的3个区域。
区域Z1是包括中心视野块B1和其侧方的有效视野块B2的一部分的范围，包含有级别I的高亮度LED芯片和级别II的中亮度LED芯片。区域Z1内所包含的各LED芯片参与AFS(AdaptiveFront-LightingSystem)配光的BL(基本光束)、ML(高速路模式光束)、AL(雨天模式光束)等的45度Z截止(明暗边界线)及其位置的变更、伴随于远光、BL、ML、AL等配光变更的光量(光度)调整、ADB(AdaptiveDrivingBeam)等照射区域的部分屏蔽及其位置的变更、等多种配光控制。
区域Z1所含的LED芯片单纯地被亮灭或被调光。此外，与该部分对应的驱动的通道数优选能以其配光控制种类+α的最小通道数来达成。对于达成此的驱动的个别通道的电路构成的详细情况，会在后面叙述，但被构成为同时对多个相同级别的LED芯片进行调光。
作为区域Z1的上侧区域的区域Z2中所含的LED芯片在远光和ADB工作状态下被单纯地亮灭。在区域Z2，汇总多个相同级别的LED芯片地以一个通道按预定电流值进行亮灭。例如若以一个通道使5个LED芯片点亮，则通道数能减少到1/5。
作为区域Z1的下侧区域的区域Z3所含的LED芯片照射车前路面。区域Z3在中央部具有区域Z3’。区域Z3’内所配置的LED芯片是为抑制在雨天时照明被路面镜面反射、给对向车造成眩光的情况，而根据条件被熄灭的部分，根据AFS的AL配光命令单纯地被熄灭或减光。在区域Z3，也汇总多个相同级别的LED芯片地以一个通道按预定电流值进行亮灭。通过采用这样的电路构成，能减少驱动的通道数。
(控制系统构成)
接下来说明前灯的控制系统的构成。图19是表示前灯系统的概略构成的功能块图。图20是表示驱动电路装置和通道电路(群)的概要的示意图。
前灯系统1100具备左右的车辆用前照灯装置1010、配光控制ECU1102、前方监视ECU1104等。车辆用前照灯装置1010如前所述具有由矩阵LED构成的光源1014、投影透镜1016、以及收容它们的灯体。此外，各车辆用前照灯装置1010连接有使矩阵LED或灯体旋转的促动器(未图示)。
前方监视ECU1104连接有车载照相机1108、雷达1110、车速传感器1112等各种传感器。前方监视ECU1104对从传感器取得的摄像数据进行图像处理，检测出前方车辆(对向车和前行车)和其它路上光亮物体、以及区域线(车道标志线)，并算出它们的属性及位置、道路的形状、路面的湿润状况等配光控制所需的数据。所算出的数据被介由车内LAN等发送到配光控制ECU1102及各种车载设备。
配光控制ECU1102连接有车速传感器1112、舵角传感器1114、GPS导航1116、头灯开关(HL-SW)1118等。配光控制ECU1102基于从前方监视ECU1104送来的路面状况、路上光亮物体的属性(对向车、前行车、反射器、道路照明)、及其位置(前方、侧方)和车速等的信息，决定与该行驶场合对应的配光图案。此外，配光控制ECU1102还可以考虑基于从舵角传感器1114或GPS导航1116取得的数据而算出的道路形状及车线、交通量数据等的信息，决定与该行驶场合对应的配光图案。另外，配光控制ECU1102还可以考虑头灯开关1118的信息而决定与该行驶场合对应的配光图案。
像这样，配光控制ECU1102基于前述的各种信息决定AFS的预定光束选定、或与其行驶场合对应的ADB配光。然后，配光控制ECU1102决定实现该配光图案所需的兼用灯1106的点亮控制和配光可变头灯的控制量。在此，控制量例如是矩阵LED的应点亮的LED芯片及通电通道的选定、上下左右光束移动量、屏蔽部分(遮光区域)的位置和范围、通电等。
驱动电路装置1120基于来自配光控制ECU1102的配光控制内容选定应控制的通道(矩阵LED内的LED芯片)，并决定它们的控制量(通电量等)。
通道电路(群)1122是选定了矩阵LED内的应点亮控制的LED芯片的电路群，1通道内连接有相同性能级别的多个芯片。
兼用灯1106是DRL、FOG灯等。兼用灯1106构成对使用了矩阵LED的投影型前灯进行辅助的光束的一部分，与前灯一起形成AFS的各种配光、远光等。通过该辅助光束能抑制矩阵LED所被要求的配光性能，以谋求电路、LED芯片的成本降低。
接下来说明各通道连接的多个LED芯片。图21是表示矩阵LED内的各通道的LED芯片的连接例的示意图。图中标号CL所指的虚线对应于配光图案的明暗截止线。
块B1所配置的高亮度LED芯片1012d被构成为能2个一组进行点亮控制。此外，为能组合成45度截止形状，要组合的LED芯片是彼此斜向左上或斜向右下相邻的LED芯片。通过这样的2个一组的高亮度LED芯片1012d的照射，形成远光束的中心的高光度部。此外，通过使2个一组的LED芯片的亮灭沿水平方向移动，还能支持ADB的屏蔽控制。
块B2所配置的中亮度LED芯片中的、H线附近的LED芯片1012e1被构成为2个一组进行点亮控制，能支持ADB控制。此外，中亮度LED芯片中的、LED芯片1012e1的上侧或下侧所配置的LED芯片1012e2被按3个一组进行点亮控制。通过这样的2个或3个一组的中亮度LED芯片1012e1，1012e2的照射，形成有效视野所需的配光。
块B3所配置的低亮度LED芯片1012f除一部分(AFS中的AL的路面遮光区域Z3’)外被构成为能按4个一组进行点亮控制。
通过将各种亮度的LED芯片如图21所示那样配置，能实现ADB配光以及AFS的所有配光。
接下来说明通道电路与矩阵LED内的LED芯片的电路连接例。图22的(a)～图22的(c)是表示将通道电路与多个LED芯片并联连接的状态的电路图。图23的(a)～图23的(c)是表示将通道电路与多个LED芯片串联连接的状态的电路图。
如图22的(a)～图22的(c)、图23的(a)～图23的(c)所示那样，连接电路考虑有并联电路和串联电路。其中的驱动电路装置1120a，1120b，1120c通常包含有电源、开关、电阻等电路群。通道电路使驱动电路装置1120a，1120b，1120c与矩阵LED内的各LED芯片连接。通道电路群成为通常电路线群。
作为通道电路内所连接的LED芯片的个数，低亮度LED芯片1012f比高亮度LED芯片1012d要多。在本实施方式中，低亮度LED芯片被设置为与配光的周边部分(周边视野)对应。该周边配光部分的配光值的容许范围较广。一般，低亮度LED芯片较廉价，因而性能偏差也较大。因此，通过使矩阵LED的各块所配置的各LED芯片成为如图22的(a)～图22的(c)、图23的(a)～图23的(c)所示那样的电路构成，能减少通道数，实现电路的成本降低，并谋求矩阵LED的成本降低。
如上所述，第2实施方式的车辆用前照灯装置1010如图15和图19所示那样，包括：光源1014，作为多个半导体发光元件而矩阵状地排列有LED芯片1012，能向车辆前方照射光；以及控制部，控制光源1014所包含的多个LED芯片1012的亮灭。控制部由配光控制ECU1102、驱动电路装置1120、通道电路(群)1122等构成。
多个LED芯片1012包括：射出朝向车辆前方的照射区域所包含的第1区域(例如中心视野)的光的多个高亮度LED芯片1012d；输出朝向照射区域所包含的不同于第1区域的第2区域(例如有效视野或周边视野)的光，并具有与高亮度LED芯片1012d不同的特性的多个中亮度LED芯片1012e1，1012e2及低亮度LED芯片1012f。
如前所述，高亮度LED芯片1012d被按2个一组进行点亮控制，故被分成比矩阵LED所包含的高亮度LED芯片的数量少的数量的组。并针对每个组用驱动电路装置1120a进行驱动(参照图22的(a)或图23的(a))。此外，中亮度LED芯片1012e1，1012e2被按2个或3个一组进行控制，故被分成比中亮度LED芯片的数量少的数量的组。并针对每个组用驱动电路装置1120b进行驱动(参照图22的(b)或图23的(b))。另外，低亮度LED芯片1012f被按4个一组进行控制，故被分成比低亮度LED芯片的数量少的数量的组。并针对每个组用驱动电路装置1120c进行驱动(参照图22的(c)或图23的(c))。
这样，在车辆用前照灯装置1010中，要驱动的组的数量比LED芯片的数量少，故能简化驱动电路装置1120和通道电路(群)1122的构成。此外，通过选择与照射区域所包含的各区域(中心视野、有效视野、周边视野)对应的适当特性的LED芯片，能降低光源的成本。
另外，在本实施方式中，高亮度LED芯片与中亮度LED芯片和低亮度LED芯片相比，流过相同电流时的亮度较高。此外，高亮度LED芯片与中亮度LED芯片和低亮度LED芯片相比，正向电流的最大额定值较大。由此，容易根据照射区域所包含的各区域来改变明亮度。
另外，高亮度LED芯片被配置成其照射区域包含作为配光图案的中央部的中心视野。并且，控制部控制高亮度LED芯片、中亮度LED芯片、低亮度LED芯片的亮灭，使得高亮度LED芯片的亮度比中亮度LED芯片和低亮度LED芯片的亮度更高。由此，能使照射区域的中央部更明亮。
此外，各LED芯片的发光面为矩形，被配置成发光面的边相对于车宽方向倾斜(本实施方式中为45°)。由此，容易形成倾斜的明暗截止线。此外，能使水平方向的明暗截止线模糊化。
此外，第2实施方式的车辆用前照灯装置也可以说成是以下结构。在车辆用前照灯装置1010中，如图18所示，矩阵LED包括被配置于块B1的多个高亮度LED芯片1012d、被配置于块B2的多个中亮度LED芯片1012e、以及被配置于块B3的多个低亮度LED芯片1012f。
并且如前所述，高亮度LED芯片1012d被按组由驱动电路装置1120a驱动，中亮度LED芯片1012e被按组由驱动电路装置1120b驱动，低亮度LED芯片1012f被按组由驱动电路装置1120c驱动。
这样，在车辆用前照灯装置1010中，驱动的组的数量比LED芯片的数量少，故能简化驱动电路装置1120和通道电路(群)1122的构成。另外，通过选择与矩阵LED所包含的各块对应的适当特性的LED芯片，能降低光源的成本。
(各种配光图案)
下面表示适用了图18所示的矩阵LED的AFS和ADB配光前灯的配光例。在以下的表示配光图案的各图中，按1mass0.5°来表示。此外，矩阵LED的块的分割和配置为容易理解与配光图案的对应而按相同方向进行了表示，但实际上在透镜系统中是上下左右反转地成像的，故矩阵LED的块的实际的分割和配置是相对于图示状态上下左右反转后的方式。
图24的(a)是表示形成远光时的矩阵LED的点亮状态的图；图24的(b)是表示由图24的(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。此时，使高亮度LED芯片1012d、中亮度LED芯片1012e、低亮度LED芯片1012f全部点亮。为容易看到远方的道路线形和视认对象，在HV区域附近配置高亮度LED芯片1012d，并以最大输出使之点亮。
图25的(a)是表示形成基本光束(BL)时的矩阵LED的点亮状态的图；图25的(b)是表示由图25的(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。图25的(b)所示的配光图案是AFS中的基本光束，具有与现状的近光束几乎同等的配光性能。此外，为形成清晰的明暗分界线，将与H线上方对应的LED芯片熄灭。另外，为确保远方路面的视认性，使HV区域附近、H线下的高亮度LED芯片1012d以高输出点亮。
图26的(a)是表示形成城镇模式光束(TL)时的矩阵LED的点亮状态的图；图26的(b)是表示由图26的(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。图26的(b)所示的配光图案是AFS的城镇模式光束，在有道路照明的较明亮的市区使用。为防止眩光，基本光束的H线上方光度被抑制。此外，为降低照明光度，使在基本光束时作为高亮度LED芯片和中亮度LED芯片而发挥功能的H线下方的LED芯片1012d’和LED芯片1012e’减光地点亮。
图27的(a)是表示形成高速路模式光束(ML)时的矩阵LED的点亮状态的图；图27的(b)是表示由图27的(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。图27的(b)所示的配光图案是AFS的高速路模式光束，在有防眩栅等的高速道路上行驶时被使用。为确保远方的视认性，同远光束一样，使HV区域附近的高亮度LED芯片1012d以最大输出点亮。另外，为了与基本光束相比改善远方的视认性，前行车侧和对向车侧的明暗边界线提高了0.5°程度。此外，在矩阵LED中，与基本光束时相比，被点亮到上面1段的LED芯片。
图28的(a)是表示形成雨天模式光束(WL)时的矩阵LED的点亮状态的图；图28的(b)是表示由图28(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。图28的(b)所示的配光图案是AFS的雨天模式光束，在雨天行驶时被使用。具有与图27的(b)所示的高速路模式光束几乎同级别的配光性能，但使车前路面部分减暗了。由此，能抑制被路面镜面反射、成为对向车的眩光的光束的发生。因此，在矩阵LED中，下方中央部的区域R2内所配置的LED芯片1012被减光或熄灭。
图29的(a)是表示形成ADB时的矩阵LED的点亮状态的图；图29的(b)是表示由图29的(a)所示的点亮状态的矩阵LED形成的配光图案的图。ADB的基本配光是与远光同样的性能，是为在存在对向车或前行车等的状况下不造成眩光而屏蔽了对向车和前行车等的位置的光束。如图29的(b)所示那样，对向车和前行车沿H线附近的水平方向移动。其上下方向的眩光区域为H线下方0.5°至2.0°的范围。因此，通过熄灭高亮度LED芯片1012d的一部分，如图29的(b)所示那样根据车辆位置形成非照射区域R3，对对向车或前行车等的眩光几乎被抑制。
(与多功能灯的合成配光图案)
接下来，说明第2实施方式的车辆用前照灯装置和兼用DRL或FOG灯时的配光图案。
图30的(a)是表示DRL的配光图案的图；图30的(b)是表示通常的远光配光图案的图；图30的(c)是表示兼用了DRL时所需要的远光配光图案的图。
DRL是用于使周围容易认识到日中行驶时的车辆的灯。在其配光标准ECE下，光度在HV区域被定为400cd以上、其它范围被定为1200cd以下。如图30的(a)所示那样，DRL的配光图案P1是低光度、宽扁的配光。这与远光或近光的周边视野部的配光要件是相适的。因此，若使DRL的配光成为图30的(a)所示那样的宽扁的配光，将DRL作为辅助夜间远光(兼用)的灯来使用，则能使远光的配光成为图30的(c)所示那样的减低了周边视野部(图18所示的区域Z2，Z3)的光度的配光。这意味着能减少矩阵LED的周边视野块B3的LED芯片的个数。此外，图30的(a)所示的DRL的配光也可以与夜间的近光兼用。
图31的(a)是表示FOG灯的配光图案的图；图31的(b)是表示通常的近光配光图案的图；图31的(c)是表示兼用FOG灯时所需的近光配光图案的图。
FOG灯是形成照射H线下方路面的光束的灯，如图31的(a)所示那样，其发散范围比近光要广。因此，若与FOG灯兼用，则能使近光的配光成为如图31的(c)所示那样的减低了周边视野部(图18所示的区域Z3)的光度的配光。即，能削减矩阵LED的与周边视野部(区域Z3)对应的LED芯片的个数。
(控制流程图)
图32是表示第2实施方式的前灯系统中的控制的一例的流程图。
图32所示的处理在被头灯开关等选择了时、或基于各种传感器的信息而被识别到预定状况(夜间行驶或隧道内行驶)时，被按预定的间隔反复执行。
首先，配光控制ECU1102和前方监视ECU1104从照相机、各种传感器、开关等取得必要的数据(S110)。数据例如是车辆前方的图像、车速、车间距离、道路的形状、方向盘的舵角、头灯开关所选择的配光图案等的数据。
前方监视ECU1104基于取得的数据进行数据处理1(S112)。通过数据处理1，车辆前方的光亮物体的属性(信号灯、照明灯、轮廓标等)、车辆的属性(对向车、前行车)、车间距离、光亮物体的亮度、道路形状(车线宽、直路、弯路)等的数据被算出。
然后，配光控制ECU1102基于数据处理1所算出的数据进行数据处理2(S114)，选择适当的配光图案。被选择的控制配光图案例如是近光用配光图案、远光用配光图案、ADB等。此外，根据所选择的配光图案，决定LED芯片的亮灭或通电的控制量。
此外，当ADB被选择了时(S116的Yes)，由配光控制ECU1102进行数据处理3(S118)。在数据处理3中，例如ADB控制的照明区域或遮光区域、照明光量、照射方向被决定。此外，也可以除这些信息外还基于数据处理1所算出的数据进行AFS控制。所谓AFS控制，是根据弯路或行驶地域(市区、市郊、高速道路)、天气气候而控制配光的方式。若ADB没有被选择(S116的No)，则步骤S118被跳过。
接下来，配光控制ECU1102在数据处理4中将数据变换成驱动用(S120)，驱动配光控制元件或促动器(ACT)(S122)，由此进行ADB控制或旋转控制。
[第3实施方式]
近年来，作为车辆等的前照灯单元(前灯)的光源，使用了多个LED等半导体发光元件的装置的开发正在推进。图33是示意性地表示第3实施方式的车辆用前照灯装置的构成的立体图。图34是从侧方来看矩阵状地配置了多个半导体发光元件作为光源的车辆用前照灯装置的要部的图。
车辆用前照灯装置2010包括：相互隔着间隔地配置有多个作为半导体发光元件的LED芯片2012的光源2014；使从光源2014射出的光作为光源像而向车辆前方投影的投影透镜2016；被设于投影透镜的车辆前方侧、使光源像的倍率变化的倍率变化机构2022。
光源2014具有LED电路基板2018和散热器2020。多个LED芯片2012被配置在投影透镜2016的焦点F附近。在图34中，在包含投影透镜2016的焦点F的、与光轴L垂直的平面内配置有多个LED芯片2012。在此，H表示投影透镜的主点，f表示焦点距离，fb表示后焦点。
一般，投射型光学系统的配光是由投影透镜的焦点距离、光源像的尺寸和倍率决定的。因此，在想要不变更透镜的焦点距离和光源尺寸等光学系统参数地放大基本配光的情况下，该方法仅变更倍率。具体来说，使光源的位置前后移动来进行。但是，若使光源移动来改变倍率，则光源的LED芯片像变得显眼，故正寻求其它方法。
因此，本实施方式的车辆用前照灯装置2010为在光源2014与投影透镜2016的距离一定的状态下使光源像的倍率改变，具备倍率变化机构2022。
倍率变化机构2022具有被配置在投影透镜2016的前方、构成畸变透镜系统的凹透镜2024和凸透镜2026，以及使凸透镜2026沿与光轴L平行的方向移动的促动器2028。关于凹透镜2024和凸透镜2026，凸透镜2026被配置在投影透镜2016侧。凸透镜2026是在上下方向D1上厚度不变、在水平方向(车宽方向)D2上厚度变化的形状。另外，凹透镜2024也是在上下方向D1上厚度不变、在水平方向D2上厚度变化的形状。即，凹透镜2024和凸透镜2026具有与圆筒面的一部分相同或近似的透镜面。
在凸透镜2026的四角设有定位销2030，在1个定位销2030上形成有螺杆2030a。促动器2028具有与螺杆2030a啮合的齿轮2028a。并且，通过使促动器2028动作，凸透镜2026介由定位销2030而沿光轴方向移动。由此，凸透镜2026与凹透镜2024的间隔被调整。
此外，使收容光源2014、投影透镜2016、凸透镜2026、凹透镜2024、促动器2028等部件的灯体(未图示)沿左右方向转到的促动器2032被设置在车辆用前照灯装置2010的下部。促动器2032对固定有支承灯体整体的轴2034的平台2036进行旋转驱动。由此，能使车辆用前照灯装置2010照射的光束整体转动。
图35的(a)是表示第3实施方式的光学系统中的形成发散配光图案时的光路的示意图；图35的(b)是表示第3实施方式的光学系统中的形成集光配光图案时的光路的示意图。
作为车辆用前照灯装置，寻求如下结构：在车速较慢时，形成用于照射更广范围的发散配光图案，在车速较快时，形成用于照射到更远方的范围的集光配光图案。此外，在通常的车辆用前照灯装置中，希望上下方向不发散、仅水平(左右)方向集光和发散。
因此，本实施方式的车辆用前照灯装置2010利用倍率变化机构2022使凹透镜2024与凸透镜2026的透镜间隔变化，来进行集光、发散配光图案的形成。此外，在凹透镜2024和凸透镜2026的曲率半径R相同的情况下，在使其紧贴时，从凹透镜2024射出的光线成为平行光线。此外，凹透镜2024和凸透镜2026的曲率半径R不相同时，若使从凸透镜2026射出的光线的集光点与凹透镜2024的焦点位置一致，则成为集光状态，若从该位置起使凹透镜2024与凸透镜2026的间隔扩大，则成为发散状态。
例如如图35的(a)所示，利用促动器2028使凸透镜2026远离凹透镜2024，由此，从投影透镜2016射出的光束的上下方向的倍率不变化、仅水平方向(车宽方向)D2被放大。另一方面，如图35的(a)所示，利用促动器2028使凸透镜2026接近于凹透镜2024，由此，从投影透镜2016射出的光束的上下方向的倍率不变化、仅水平方向(车宽方向)D2被集光。另外，倍率变化机构2022也可以是光源像的上下方向的倍率比等倍大的构成。
图36的(a)～图36的(c)是表示由第3实施方式的车辆用前照灯装置所能形成的配光图案的图。图36的(a)所示的配光图案Pc表示集光配光图案。图36的(b)所示的配光图案Pd表示发散配光图案。图36的(c)所示的配光图案Ps表示使集光配光图案转动后的状态的配光图案。
这样，车辆用前照灯装置2010能不改变投影透镜2016和光源2014的位置地改变光源像的倍率，能形成集光和发散的配光图案。另外，关于倍率变化机构2022，优选被构成使得光源像的向车宽方向的倍率变化比向上下方向的倍率变化大的光学系统。由此，能形成以车宽方向的广范围为对象的集光、发散配光图案。另外，在本实施方式中，作为光学系统，采用了畸变透镜(anamorphiclens)系统。由此，能以简易的构成形成集光和发散的配光图案。当然，作为光学系统，并不限于畸变透镜系统，在不脱离本发明范围的情况下可以采用各种光学系统。
接下来针对光源的构成和位置，说明更优选的实施方式。
图37是从正面看将多个LED芯片矩阵配置的状态的图。使由像这样矩阵配置的多个LED芯片(以下称作“矩阵LED”)构成的光源朝向车辆前方、并在其前方配置了投影透镜的光学系统，其包含焦点F的平面上的LED芯片的亮度分布被投射向前方。因此，若LED芯片有多个，则在屏幕上会投影出该LED芯片群的亮度分布。但在使用了这样的矩阵LED的头灯中，关于以下点有改善的余地。
(1)LED芯片间的暗部(对应于图37所示的间隙g1、g2)在屏幕上比较显眼。这样的暗部会使驾驶者的视认性部分降低。例如若道路前方有屏风，则其上会出现矩形的模样。另外，还有时路面上会出现条纹模样。
(2)难以形成近光配光图案所需的倾斜(45度)明暗截止线的Z配光。此外，无法使明暗截止线附近模糊化。
下面说明投影透镜的成像。图38的(a)是表示从焦点出来的光入射到投影透镜时的光路的图；图38的(b)是表示从焦点后方出来的光入射到投影透镜时的光路的图；图38的(c)是表示从焦点前方出来的光入射到投影透镜时的光路的图。
如图38的(a)所示，若在焦点F上设置光源(物体)，则其像会在无限远处成像。实际的投影透镜的焦点距离为30～50mm程度，与该焦点距离相比，至成像屏幕的距离(10m或25m)可以说是无限远。因此，光源的亮度分布几乎被原样投影在屏幕上，LED芯片间的暗部较为显眼。
另外，如图38的(b)所示，若在焦点F的后侧设置光源，则光源的像成为倍率b/a的实像，故LED芯片间的暗部依然显眼。
另一方面，如图38的(c)所示，若在焦点F的前侧设置光源，则光源的像成为虚像，不成像于屏幕上。当然，若使光源过于接近投影透镜，则不能发挥投影透镜的功能，难以形成所希望的配光。
本发明人基于这样的认识深入研究后想到，为使矩阵LED的亮度不均变得不显眼，优选通过在焦点前侧、且尽可能在焦点附近配置LED芯片，由此使光源的像成为虚像。另外，还想到虚像的倍率尽可能大比较好。因此，以下求取虚像的倍率。
如图38的(c)所示，若将物体(光源)与投影透镜的距离记为a、将焦点距离记为f，则成像位置(成像距离b)由作为近轴光学系统的成像式的式(2)表示。
1/f＝1/a-1/b…式(2)
在此，在表2中表示了使距离a为f/2、2f/3、3f/4、4f/5、9f/10、19f/20时的虚像的成像距离b和倍率b/a。
物体距离a 成像距离b 倍率b/a
f/2 f 2
2f/3 2f 3
3f/4 3f 4
4f/5 4f 5
9f/10 9f 10
19f/20 19f 20
〔表2〕
如图38的(c)所示，来自光源的射出光线就宛如从虚像位置射出那样前进。因此，作为屏幕上的亮度分布，倍率越高、多个半导体发光元件(LED芯片)越重合，屏幕上的不均越不显眼。
接下来，说明前述的难以形成近光配光图案所需的倾斜明暗截止线的问题、和无法使明暗截止线附近模糊化的问题。图39是表示使矩形的LED芯片的各边平行于水平方向地配置的矩阵LED的排列的示意图。
在图39所示的矩阵LED的情况下，即使使虚线包围的区域R1的LED芯片点亮、使这以外的LED芯片熄灭，也无法形成具有45度的倾斜明暗截止线的Z配光。若要以图39所示那样的LED芯片的排列实现Z配光，则需要进一步增加LED芯片的个数，模拟地形成倾斜明暗截止线。但在这样的情况下，矩阵LED的尺寸会増大，故需要使投影透镜的焦点距离变长，结果招致灯具尺寸的变大。因此，发明人深入研究这些问题后，想到了采用后述布局的矩阵LED。
因此，下面说明对前述的车辆用前照灯装置中的光源的位置和LED芯片的排列进一步改良后的变形例的构成。
图40是从侧方看第3实施方式的变形例的车辆用前照灯装置2010的要部的概略结构图。在图40所示的光源2014中，多个LED芯片2012被配置得比投影透镜2016的焦点F更靠前方。
因此，在本实施方式的车辆用前照灯装置2010中，如前所述，光源像被作为虚像投影向前方，故相邻的LED芯片2012间的暗部在所投影出的光源像中变得不显眼。另外，多个LED芯片2012被配置成其发光面朝向车辆前方。由此，无需反光罩等反射部件。
图41是表示从正面看图40所示的光源时的矩阵LED的排列的示意图。在图41所示的矩阵LED中，以如下方式配置各LED芯片：发光面为矩形的LED芯片的各边相对于水平方向(车宽方向)倾斜(相对于水平呈45度)。
在这样的矩阵LED的情况下，若使虚线包围的区域R2的LED芯片点亮、使这以外的LED芯片熄灭，则通过点亮了的LED芯片2012a～2012c，形成清晰的45度倾斜明暗截止线。此外，点亮的LED芯片的区域R2的上边缘成为锯齿形状，故能使水平方向的明暗截止线模糊化。
图42的(a)是表示由第3实施方式的车辆用前照灯装置形成的近光配光图案的图；图42的(b)是表示由第3实施方式的车辆用前照灯装置形成的远光配光图案的图。通过使图41所示的矩阵LED中的被配置于区域R2的LED芯片点亮，如图42的(a)所示那样，由矩阵LED构成的光源形成Z配光的近光配光图案PL。此外，通过使图41所示的矩阵LED全部点亮，形成图42的(b)所示的远光配光图案PH。
下面说明与LED芯片的大小和各LED芯片间的间隔相应的适当虚像的倍率。图43是将第3实施方式的矩阵LED的一部分放大后的图。在图43中，W是LED芯片的尺寸，P是相邻的LED芯片的节距间隔，Ph是LED芯片的水平方向的节距间隔，Pv是LED芯片的垂直方向的节距间隔。
此时，虚像的倍率至少需要P/W倍。例如，若芯片尺寸W为1mm□、节距3mm，则P/W＝3，投影透镜的成像倍率至少需要3倍。实现此的物体位置(距离)根据表2而为2f/3。
因此，LED芯片需要设置在距投影透镜2/3焦点距离f的位置至焦点F的位置之间。但若在焦点F上设置LED芯片，则屏幕上亮度不均开始显眼。
因此，若将投影透镜2016的焦点距离记为f[mm]、将LED芯片的发光面的一边记为W[mm]、将一个LED芯片与相邻的另一LED芯片的节距记为P[mm]，则LED芯片优选被配置成LED芯片与投影透镜2016的距离在((P-W)/P)×f以上。
此外，在P/W＝3的情况下，若考虑到LED芯片的设置误差S，则只要将LED芯片位置设置在距投影透镜2f/3至f-S之间即。实际上，考虑到量产性，优选将光源设置在成为比实际的P/W大的倍率那样的位置。此外，关于设置误差S，只要考虑制造精度的标准偏差σ地适当设定即可。
如上所述，矩阵LED优选设置在投影透镜的焦点位置F前方(投影透镜侧)。关于矩阵LED的设置范围，在将LED芯片尺寸记为W、节距(芯片的设置间隔)记为P时，优选投影透镜的虚像倍率比P/W大、比50倍小的倍率的位置(f＝50时a＝49)的范围。
详细来说，LED芯片优选被如下这样配置：在将投影透镜2016的焦点距离记为f[mm]时，LED芯片2012与投影透镜2016的距离在0.98f以下。由此，能使矩阵LED的芯片间的暗部变得不显眼。此外，在矩阵LED中，若至相邻的LED芯片的间隔在纵向和横向上不同，则节距间隔P按较宽者(P较大者)设定。
作为矩阵LED，优选LED芯片的水平方向的节距间隔Ph在垂直方向节距间隔Pv以上。由此，能使Z配光形状更清晰。另外，由于能在铅直方向上提高光束密度，故容易形成适合于前灯的横长的配光图案。
像这样，本实施方式的车辆用前照灯装置2010是在光源中采用了矩阵LED的投影型的头灯，能基于来自前方监视传感器的前方车辆的存在状况设定矩阵LED的点亮部位或点亮电流，除一般的近光用配光图案和远光用配光图案外还能实现各种各样的配光图案。
下面说明使用了矩阵LED的配光可变型头灯系统的变形例。图44的(a)、图44的(b)是用于说明第3实施方式的矩阵LED的变形例的图。图45的(a)～图45的(c)是表示由矩阵LED形成的点光束状的配光图案的图。
如图44的(a)、图44的(b)所示，变形例的矩阵LED使用4～10个程度的LED芯片。例如，矩阵LED被构成为如图44的(a)所示那样排列，形成点光束状的配光图案。此时，成为图45的(a)所示那样的矩形的点光束状的配光图案P1。也可以使该配光图案P1如图45的(b)所示那样在弯路时沿水平方向移动。
此外，矩阵LED被构成为也可以如图44的(b)所示那样，一部分LED芯片2012d呈菱形配置地排列，形成点光束状的配光图案。此时，容易形成图45的(c)所示那样的横长椭圆的点光束状的配光图案P2。
图46是表示由第3实施方式的车辆用前照灯装置形成的配光图案的一例的图。本实施方式的车辆用前照灯装置2010能如图46所示那样，形成不照射一部分区域R3的配光图案PH’。由此，能既不给前方车辆造成眩光，又确保车辆前方的视认性。
(控制系统构成)
接下来说明前灯的控制系统的构成。图47是表示前灯系统的概略构成的功能块图。
前灯系统2100具有左右的车辆用前照灯装置2010、配光控制ECU2102、前方监视ECU2104等。车辆用前照灯装置2010具有如前述那样由矩阵LED构成的光源2014、投影透镜2016、以及收容它们的灯体。此外，各车辆用前照灯装置2010连接有使凸透镜2026移动或使灯体转动的驱动装置(ACT)2106。驱动装置2106相当于前述的促动器2028或促动器2032。
前方监视ECU2104连接有车载照相机2108、雷达2110、车速传感器2112等各种传感器。前方监视ECU2104对从传感器取得的摄像数据进行图像处理，检测前方车辆(对向车和前行车)及其它路上光亮物体、以及区域线(车道标志线)，并算出它们的属性和位置等配光控制所需的数据。算出的数据被介由车内LAN等发送到配光控制ECU2102和各种车载设备。
配光控制ECU2102连接有车速传感器2112、舵角传感器2114、GPS导航2116、头灯开关2118等。配光控制ECU2102基于从前方监视ECU2104送来的路上光亮物体的属性(对向车、前行车、反射器、道路照明)、其位置(前方、侧方)及车速，决定与该行驶场合对应的配光图案。例如，配光控制ECU2102在车速较快时决定集光配光图案作为应形成的配光图案，在车速较慢时决定发散配光图案作为应形成的配光图案。并且，配光控制ECU2102决定为实现该配光图案所需的配光可变头灯的控制量。在此，控制量例如是上下左右光束移动量、屏蔽部分(遮光区域)的位置和范围、凸透镜2026的移动量等。
另外，配光控制ECU2102决定驱动装置2106、矩阵LED的各LED芯片的控制内容(亮灭、通电等)。对于驱动装置2106，可使用对配光可变灯单元进行上下左右方向等驱动的机械式的驱动装置。驱动器2120将来自配光控制ECU2102的控制量的信息变换成与驱动装置2106和配光控制元件的动作对应的命令，并控制它们。
(控制流程图)
图48是表示第3实施方式的前灯系统中的控制的一例的流程图。
图48所示的处理在被头灯开关等选择时、或基于各种传感器的信息而被识别到预定的状况(夜间行驶或隧道内行驶)时，被按预定的间隔反复执行。
首先，配光控制ECU2102和前方监视ECU2104从照相机、各种传感器、开关等取得所需的数据(S210)。数据例如是车辆前方的图像、车速、车间距离、道路的形状、方向盘的舵角、头灯开关所选择的配光图案等的数据。
前方监视ECU2104基于所取得的数据进行数据处理1(S212)。通过数据处理1，算出车辆前方的光亮物体的属性(信号灯、照明灯、轮廓标等)、车辆的属性(对向车、前行车)、车速、车间距离、光亮物体的亮度、道路形状(车线宽、直路、弯路)等的数据。
然后，配光控制ECU2102基于数据处理1所算出的数据进行数据处理2(S214)，选择适当的配光图案。被选择的控制配光图案例如是近光用配光图案、远光用配光图案、ADB(AdaptiveDrivingBeam：自适应光束)、集光配光图案、发散配光图案等。此外，根据所选择的配光图案，LED芯片的亮灭或通电的控制量被决定。
若ADB被选择了(S216的Yes)，则由配光控制ECU2102进行数据处理3(S218)。在数据处理3中，例如ADB控制的照明区域和遮光区域、照明光量、照射方向被决定。此外，基于这些信息和在数据处理1中算出的数据，还能进行AFS(AdaptiveFront-LightingSystem：自适应前照灯系统)控制。所谓AFS控制，是根据弯路、行驶地域(市区、市郊、高速道路)、天气气候来控制配光的模式。若ADB没有被选择(S216的No)，则步骤S218被跳过。
然后，配光控制ECU2102在数据处理4中将数据变换成驱动用(S220)，驱动配光控制元件和促动器(ACT)(S222)，由此进行ADB控制和旋转控制。
以上参照各实施方式说明了本发明，但本发明并非被限定于上述的各实施方式，将各实施方式的构成适当组合或置换后的方案也包含在本发明内。此外，可以基于本领域技术人员的知识对各实施方式中的组合及处理顺序进行适当重组，或对各实施方式进行各种设计变更等变形，被施加了这样的变形的实施方式也包含在本发明的范围内。
〔标号说明〕
10车辆用前照灯装置、12LED芯片、14光源、16投影透镜、100前灯系统、102配光控制ECU、104前方监视ECU。
〔工业可利用性〕
本发明能适用于车辆用前照灯装置。

Claims (6)

1.一种车辆用前照灯装置，其特征在于，包括：
相互隔着间隔地配置有多个半导体发光元件的光源，
使从上述光源射出的光作为光源像向车辆前方投影的投影透镜，以及
被设于上述投影透镜的车辆前方侧、使光源像的倍率变化的倍率变化机构。
2.如权利要求1所述的车辆用前照灯装置，其特征在于，
上述多个半导体发光元件被配置在上述投影透镜的焦点前方。
3.如权利要求1或2所述的车辆用前照灯装置，其特征在于，
上述半导体发光元件被配置成其发光面朝向车辆前方。
4.如权利要求1至3的任一项所述的车辆用前照灯装置，其特征在于，
上述半导体发光元件的发光面为矩形，被配置成该发光面的边相对于车宽方向倾斜。
5.如权利要求1至4的任一项所述的车辆用前照灯装置，其特征在于，
上述倍率变化机构是被构成使得光源像的向车宽方向的倍率变化比向上下方向的倍率变化大的光学系统。
6.如权利要求5所述的车辆用前照灯装置，其特征在于，
上述光学系统是畸变透镜系统。
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