CN110529814A - 车辆用灯具和车辆用灯具系统 - Google Patents

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都甲康夫
大和田竜太郎
高尾义史
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Stanley Electric Co Ltd
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Abstract

提供车辆用灯具和车辆用灯具系统。车辆用灯具具有：光源；聚光部件；第1偏光元件，使由聚光部件会聚的光的第1成分向第1方向行进并使该光的第2成分向第2方向行进；液晶元件，在第1方向的光轴上配置于第1偏光元件的光射出侧；第2偏光元件，在第1方向的光轴上配置于液晶元件的光射出侧；投影透镜，在第1方向的光轴上配置于第2偏光元件的光射出侧，将透过液晶元件和第2偏光元件的光的第1成分投影向车辆的前方；反射部件，对由第1偏光元件产生的光的第2成分进行反射，光的第1成分在光轴上的规定位置形成第1焦点，光的第2成分在第1偏光元件与反射部件之间的规定位置形成第2焦点，液晶元件与第1焦点的位置对应配置。

Description

车辆用灯具和车辆用灯具系统
技术领域
本发明涉及例如优选用作车辆的前照灯的车辆用灯具等。
背景技术
专利第5418760号公报(专利文献1)中记载了如下车辆用灯具：该车辆用灯具具有：光源部；第1反射偏光器，其使来自光源部的照射光中的、在自己的偏光透过轴方向上振动的第1偏光成分透过，对在自己的偏光透过轴方向以外的方向上振动的第2偏光成分进行反射；液晶元件，其配置于第1偏光成分的光路中，该第1偏光成分透过该液晶元件；第2反射偏光器，其配置于透过液晶元件后的第1偏光成分的光路中，在该第1偏光成分在自己的偏光透过轴方向上振动的情况下使该第1偏光成分透过，在该第1偏光成分在自己的偏光透过轴方向以外的方向上振动的情况下对该第1偏光成分进行反射；第1光学系统，其使用由第1反射偏光器反射的第2偏光成分形成基本配光图案；第2光学系统，其使用由第2反射偏光器反射的第1偏光成分形成附加于基本配光图案上的第1附加配光图案；以及第3光学系统，其使用透过第2反射偏光器的第1偏光成分形成附加于基本配光图案上的第2附加配光图案。根据上述结构的车辆用灯具，能够防止由于机械地切换近光(交错灯)和远光(行驶灯)而引起的动作不良。
但是，上述专利文献1所记载的车辆用灯具在光学部件的数量比较多的方面存在改良的余地。此外，使用反射光形成配光图案的光学系统至少存在2个，因此，在光学设计变得复杂的方面也存在改良的余地。
专利文献1：日本特许第5418760号公报
发明内容
本发明的具体方式的目的之一在于提供能够削减光学部件的数量并能够减轻光学设计的复杂度的车辆用灯具。
[1]本发明的一个方式的车辆用灯具用于对车辆的前方进行光照射，其中，该车辆用灯具包含：(a)光源；(b)聚光部件，其会聚所述光源的光；(c)第1偏光元件，其使由所述聚光部件会聚的所述光源的光中的第1成分向第1方向行进，并且使该光源的光中的第2成分向与所述第1方向交叉的第2方向行进；(d)液晶元件，其在所述第1方向的光轴上配置于所述第1偏光元件的光射出侧；(e)第2偏光元件，其在所述第1方向的光轴上配置于所述液晶元件的光射出侧；(f)投影透镜，其在所述第1方向的光轴上配置于所述第2偏光元件的光射出侧，将透过所述液晶元件和所述第2偏光元件的所述光的第1成分投影向所述车辆的前方；以及(g)反射部件，其对由所述第1偏光元件产生的所述光的第2成分进行反射并使其向所述车辆的前方行进，(h)所述光的第1成分在所述第1方向的光轴上的规定位置处形成第1焦点，所述光的第2成分在所述第1偏光元件与所述反射部件之间的规定位置处形成第2焦点，(i)所述液晶元件与所述第1焦点的位置对应地配置。
[2]本发明的一个方式的车辆用灯具系统是一种车辆用灯具系统，该车辆用灯具系统包含：上述的车辆用灯具；以及控制装置，其控制该车辆用灯具的光源和液晶元件的动作。
根据上述结构，可提供能够削减光学部件的数量并能够减轻光学设计的复杂度的车辆用灯具等。
附图说明
图1是示出一个实施方式的车辆用灯具系统的结构的图。
图2是示出液晶元件的结构的示意性的剖视图。
图3是示意性示出由车辆用灯具系统形成在车辆前方的照射图案的一例的图。
图4是示出变形例的车辆用灯具系统的结构的图。
图5是示出变形例的车辆用灯具系统的结构的图。
标号说明
1：光源；2：反射器(聚光部件)；3：偏光分束器(第1偏光元件)；4：液晶元件；5：偏光片(第2偏光元件)；6：投影透镜；7：反射器(反射部件)；8：投影透镜；9：偏光片(第3偏光元件)；10、照相机；11：控制部；12：光源驱动部；13：液晶元件驱动部；100a、100b：配光图案；P1、P2：焦点；L1、L2：光轴。
具体实施方式
图1是示出一个实施方式的车辆用灯具系统的结构的图。图1所示的车辆用灯具系统构成为包含光源1、反射器(聚光部件)2、偏光分束器(第1偏光元件)3、液晶元件4、偏光片(第2偏光元件)5、投影透镜6、反射器(反射部件)7、投影透镜8、照相机10、控制部11、光源驱动部12和液晶元件驱动部13。该车辆用灯具系统根据由照相机10拍摄的图像检测存在于本车辆的周围的前方车辆、行人等的位置，根据检测结果将包含前方车辆等的位置的一定范围设定为非照射范围，将除此以外的范围设定为光照射范围以用于进行选择性的光照射。
光源1例如构成为包含在发出蓝色光的发光元件(LED)中组合黄色荧光体而构成的白色光LED。光源1例如具有呈矩阵状或者线状地排列的多个白色光LED。另外，作为光源1，除了LED以外，可以使用一般用于激光器、以及电灯泡或放电灯等车辆用灯单元的光源。光源1的点亮和熄灭状态由控制部11和光源驱动部12控制。在本实施方式中，光源1配置成使射出的光入射到反射器2。
反射器2使从光源1射出的光向偏光分束器3存在的方向反射并沿着与图中的x方向平行的光轴L1朝向偏光分束器3直行，并且，该光在光轴L1上以形成焦点P1的方式会聚。另外，在图1中，例如，x方向对应于车辆前后方向，图示的y方向对应于车辆左右方向或车辆上下方向。该反射器2的具体构造未特别限定，但优选使用在例如树脂、玻璃等的基材表面上形成由铝、银合金等金属构成的反射膜的构造。作为反射状态，优选镜面反射。因此，基材表面优选尽可能平滑。
偏光分束器3使入射的光中的特定方向的偏光成分透过并且对除此以外的方向的偏光成分进行反射。由偏光分束器3反射的偏光成分沿着与图中的y轴平行的光轴L2朝向反射器7直行，并且在该光轴L2上形成焦点P2。如图所示，偏光分束器3为板状体，配置成在光轴L1上，其入射面(与光源1相对的面)与光轴L1斜交。在图示的例子中，偏光分束器3配置成与光轴L1形成大致45°的角度。作为这样的偏光分束器3，例如，可以使用线栅型偏光片、由光学多层膜形成的反射型偏光片等。另外，线栅型偏光片是在一个方向上排列许多条由铝等金属形成的超细线而形成的偏光片。
液晶元件4例如具有能够分别单独地控制的多个像素区域(光控制区域)，根据由液晶元件驱动装置13施加的对液晶层的施加电压的大小可变地控制各像素区域的液晶层中的液晶分子的取向状态。来自光源1的光中的、透过偏光分束器3后的偏光成分(光的第1成分)入射到该液晶元件4并透射，形成具有与上述的光照射范围和非照射范围对应的明暗、色调的像。如图所示，液晶元件4在光轴L1上配置于偏光分束器3的光射出侧，并且配置成液晶层的位置与焦点P1对应。此外，如图所示，液晶元件4优选配置成不与偏光分束器3、偏光片5中的任意一方接触，而在两者之间具有间隔地分离配置。此外，如图所示，液晶元件4优选配置成作为与偏光分束器3相对的一侧的面的光入射面与光轴L1大致垂直。此外，液晶元件4使用例如在不施加电压时液晶层的液晶分子大致垂直地取向的液晶元件。
偏光片5例如是由一般的有机材料(碘类、染料类)构成的吸收型偏光片或者由无机材料构成的线栅型偏光片(吸收型或反射型)，在光轴L1上配置于液晶元件4的光射出侧。该偏光片5配置成偏光轴与上述的偏光分束器3相互大致垂直。
投影透镜6用于扩展由透过液晶元件4的光形成的像(具有与光照射范围和非照射范围对应的明暗或色调的像)以使其成为前照灯用配光并向本车辆的前方投影，例如可以使用反转投影型投影透镜。投影透镜6在光轴L1上配置于偏光片5的光射出侧，并且配置成其焦点对应于上述的焦点P1。另外，也可以将投影透镜6的焦点的位置配置成稍微从焦点P1偏离，使得投影像不过于清晰。此外，也可以对投影透镜6提供图像移位器。这里所指的图像移位器是指通过使用多个棱镜等使投影像沿上下方向和左右方向扩展的设备(例如参照日本特开2017-4661号公报)。关于投影透镜6的数值孔径NA，当设相对于投影透镜6的中心轴最倾斜地入射的光与中心轴所成的角度为θ时，可以表示为NA＝sinθ(在后述的投影透镜8中，也同样如此)。
当由偏光分束器3反射的偏光成分(光的第2成分)入射时，反射器7对该偏光成分进行反射并引导至投影透镜8。如附图所示，由偏光分束器3反射的偏光成分在该光轴L2上且偏光分束器3与反射器7之间的规定位置处形成焦点P2。因此，反射器7能够将焦点P2的位置视作虚拟的光源位置来设计，与反射器7有关的光学设计变得容易。该反射器7的具体结构未特别限定，但优选使用在例如树脂、玻璃等的基材表面上形成由铝、银合金等金属构成的反射膜的结构。作为反射状态，优选镜面反射。因此，基材表面优选尽可能平滑。
投影透镜8会聚由反射器7反射的光成分并扩展成前照灯用配光并向本车辆的前方投影，使用适当设计的透镜。另外，也可以省略该投影透镜8。即，由反射器7反射的光成分也可以直接照射到车辆前方。
照相机10用于拍摄本车辆的前方并输出其图像(信息)，并配置于本车辆内的规定位置(例如，挡风玻璃内侧上部)。另外，当本车辆具备用于其它用途(例如，自动制动系统等)的照相机的情况下，也可以共用该照相机。
控制部11根据由拍摄本车辆的前方空间的照相机10获得的图像进行图像处理，从而检测存在于前方空间的前方车辆、行人等(对象体)的位置，设定以检测出的前方车辆等的位置作为非照射范围、以除此以外的区域作为光照射范围的配光图案，生成用于形成与该配光图案对应的像的控制信号并供给液晶显示驱动部13。此外，控制部11生成用于控制光源1的动作的控制信号并供给光源驱动部12。该控制部11例如通过使具有CPU、ROM、RAM等的计算机系统执行规定的动作程序来实现。
光源驱动部12通过根据从控制部11供给的控制信号来供给用于驱动光源1的驱动电压，对光源1的动作进行控制。
液晶元件驱动部13通过根据从控制部11供给的控制信号来供给用于驱动液晶元件4的驱动电压，单独地控制液晶元件4的各像素区域中的液晶层的取向状态。
另外，在图1所示的车辆用灯具系统中，包含光源1、反射器2、偏光分束器3、液晶元件4、偏光片5、投影透镜6、反射器7和投影透镜8在内而构成“车辆用灯具”，它们例如收纳于未图示的壳体并设置于车辆的前部。此外，包含照相机10、控制部11、光源驱动部12、液晶元件驱动部13在内而构成“控制装置”。
本实施方式的车辆用灯具系统存在能够使车辆用灯具的光利用效率较高的优点。具体而言，从光源1射出的光中的40％左右透过偏光分束器3并入射到液晶元件4，在透过液晶元件4后透过偏光片5时产生5％左右的损失，从光源1射出的光中的35％左右的光入射到投影透镜6，并投影到车辆前方。此外，从光源1射出的光中的40％左右被偏光分束器3反射并入射到反射器7，在反射时产生4％左右的损失，从光源1射出的光中的36％左右入射到投影透镜8，投影到车辆前方。因此，整体上能够利用从光源1射出的光的71％左右。此外，即使在万一因液晶元件4等产生故障等而成为无法获得来自投影透镜6的射出光的状态的情况下，只要光源1在工作，就能够获得来自投影透镜8的射出光。同样，在周边环境的温度极其低的情况下，特别在车辆启动时液晶元件4的动作速度下降而成为难以获得来自投影透镜6的射出光的状态的期间内，也能够可靠地获得来自投影透镜8的射出光。
图2是示出液晶元件的结构的示意性的剖视图。液晶元件4构成为主要包含相对配置的第1基板21和第2基板22、设置于第1基板21的对置电极(公共电极)23、设置于第2基板22的多个像素电极(单独电极)24、配置于第1基板21与第2基板22之间的液晶层27。
第1基板21和第2基板22分别是在俯视观察时为矩形的基板，相互相对配置。作为各基板，可以使用例如玻璃基板、塑料基板等透明基板。在第1基板21和第2基板22之间例如均匀地分散配置有许多隔件，利用这些隔件将基板间隙保持为期望的大小(例如，几μm左右)。作为隔件，可以使用能够利用干式散布机散布的塑料球，也可以使用利用树脂材料等预先设置在基板上的柱状体。
对置电极(公共电极)23设置于第1基板21的一面侧。该对置电极23以与第2基板22的各像素电极24相对的方式一体地设置。对置电极13通过对例如氧化铟锡(ITO)等透明导电膜进行适当图案化来构成。
多个像素电极(单独电极)24设置于第2基板22的一面侧。这些像素电极24通过对例如氧化铟锡(ITO)等透明导电膜进行适当图案化来构成。各像素电极24例如具有在俯视观察时为矩形的外缘形状，沿着x方向和y方向呈矩阵状地排列。上述的对置电极23与各像素电极24重叠的区域分别构成上述的像素区域(光控制区域)。
第1取向膜25在第1基板21的一面侧设置成覆盖对置电极23。同样，第2取向膜26在第2基板22的一面侧设置成覆盖各像素电极24。该第1取向膜25、第2取向膜26用于限制液晶层27的液晶分子的取向方向。例如，作为各取向膜25、26，采用了将液晶层27的取向状态限制为垂直取向的垂直取向膜。对各取向膜实施摩擦处理等单轴取向处理，具有朝向该方向规定液晶层27的液晶分子的取向的单轴取向限制力。对各取向膜的取向处理的方向设定为例如相互不同(反平行)。
液晶层27设置于第1基板21与第2基板22之间。在本实施方式中，使用向列液晶材料构成液晶层27，该向列液晶材料的介电常数各向异性Δε为负，向各向同性相的相变温度高(例如，130℃)，不含有手征材料，具有流动性。本实施方式的液晶层27在不施加电压时成为液晶分子的取向方向向一个方向倾斜的单轴取向状态，设定为具有与各基板面成例如88°以上且小于90°的范围内的倾斜角而成为大致垂直取向。
本实施方式的液晶元件4具有几十～几百个像素区域，所述像素区域是被划定为对置电极23与各像素电极24在俯视观察时重叠的各个区域的区域，这些像素区域呈矩阵状地排列。在本实施方式中，各像素区域的形状例如构成为正方形状，但可以使长方形状与正方形状混合等任意地设定各像素区域的形状。此外，像素区域呈矩阵状地排列，但也可以不呈矩阵状地排列。对置电极23、各像素电极24经由未图示的布线部与液晶元件驱动部13连接，例如被静态驱动。这时的施加电压例如可以使用100Hz～1kHz左右的方形波电压，电压范围例如为0～50V。
图3是示意性示出由车辆用灯具系统在车辆前方形成的照射图案的一例的图。在图3中，示意性示出车辆前方的几十米处的虚拟屏幕上的照射图案(投影像)。在附图中，包含分别沿着上下左右呈矩阵状排列的多个矩形状区域的照射图案100a是相当于远光的光的照射图案。该照射图案100a是通过使透过偏光分束器3后的光成分透过液晶元件4和偏光片5并被投影透镜6投影到车辆前方来形成的。照射图案100a中包含的各矩形状区域是能够由液晶元件4单独地控制透过光的光量的单独配光区域，在本例子中，与液晶元件4的各像素区域一对一地对应。此外，配置于照射图案100a的图中下侧的横长的照射图案100b是相当于近光的光的照射图案。该照射图案100b是使由偏光分束器3反射的光成分被反射器7进一步反射并被投影透镜8投影到车辆前方来形成的。
此外，如图3所示，相当于远光的照射图案100a是直线偏光，其偏光方向100c是不与路面交叉的方向(横向)。与此相对，相当于近光的照射图案100d是直线偏光，其偏光方向100d是与路面交叉的方向(纵向)。即，相当于远光的照射图案100a和相当于近光的照射图案100b分别是直线偏光，相互的偏光方向不同。此外，近光的照射图案100b的偏光方向100d相对于路面是纵向，因此，能够减少雨天时等的路面反射，能够抑制对对向车辆、行人等的眩光。另外，照射图案100b有时还成为在与图示的偏光方向100d大致相同的方向上具有长轴的椭圆偏光。
根据如上所述的实施方式，也可获得能够削减光学部件的数量并能够减轻光学设计的复杂度的车辆用灯具以及具有该车辆用灯具的车辆用灯具系统。具体而言，在上述实施方式的车辆用灯具中，使用反射光的光学系统仅是包含偏光分束器3和反射器7的光学系统之一。而且，关于其他光学系统，构成为由光源1和反射器2生成的光始终沿着光轴L1直行并透过偏光分束器3、液晶元件4、偏光片5和投影透镜6。因此，由于能够削减部件个数，并且使用反射光的光学系统少，因此光学设计变得容易。
另外，本发明不限于上述实施方式的内容，能够在本发明的主旨范围内进行各种变形并实施。
图4是示出变形例的车辆用灯具系统的结构的图。例如，如图4中所例示的那样，也可以在车辆用灯具中，在偏光分束器3与液晶元件4之间还设置偏光片(第3偏光元件)9。通过以这样的方式设置偏光片9，即使在偏光分束器3的偏光度不充分的情况下，也能够对其进行补偿。在该情况下，由于能够使偏光片9的偏光轴和从偏光分束器3中射出的光成分(第1成分)的偏光方向在大致相同的方向上对准，所以偏光片9不吸收太多的光。因此，可以使用由低成本的有机材料(碘类、染料类)构成的吸收型偏光片。另外，作为偏光片9，也可以使用线栅型偏光片、由光学多层膜形成的反射型偏光片等。此外，也可以使偏光片9与偏光分束器3同样地倾斜，由此能够使一部分的光朝向反射器7反射。
图5是示出变形例的车辆用灯具系统的结构的图。在上述的实施方式中，使透过偏光分束器3的光入射到液晶元件4，使由偏光分束器3反射的光入射到反射器7，但也可以使这些关系相反。具体而言，在图5中例示的车辆用灯具系统中，由偏光分束器3反射的偏光成分沿着与图中的x轴平行的光轴朝向液晶元件4直行，在液晶元件4的液晶层的位置处形成焦点P1。偏光分束器3配置成与从光源1入射的光的光轴L1形成大致45°的角度。此外，透过偏光分束器3后的偏光成分沿着与图中的y轴平行的光轴L2朝向反射器7直行，在偏光分束器3与反射器7之间形成焦点P2，被反射器7反射并入射到投影透镜8。根据这样的结构，也可获得能够削减光学部件的数量并能够减轻光学设计的复杂度的车辆用灯具以及具有该车辆用灯具的车辆用灯具系统。
此外，在上述的实施方式中，作为第1偏光元件的一例，列举了偏光分束器等，但第1偏光元件不限定于此。例如，也可以将使入射的光的一部分成分透过并对一部分成分进行反射的反射镜(所谓半反射镜)和偏光片进行组合而构成第1偏光元件。在该情况下，优选的是，半反射镜配置于接近光源1的一侧，偏光片配置于接近液晶元件的一侧。
此外，在上述的实施方式中，作为会聚来自光源1的光并形成焦点P1的聚光部件的一例，列举了反射器2，但聚光部件不限于此。例如，可以使用适当设计的聚光透镜，也可以组合使用这样的聚光透镜和反射器。
此外，在上述的实施方式的车辆用灯具中，也可以在偏光分束器3与液晶元件4之间或液晶元件4与偏光片5之间设置光学补偿板以实现视角补偿。作为该情况下的光学补偿板，例如，可以使用1/4波长板、1/2波长板。关于各波长板，可以使用聚碳酸酯、环烯烃等有机材料，也可以使用水晶、金属氧化膜等无机材料。在使用水晶的情况下，通过将厚度不同的多个水晶以相位方向不同的方式重叠，能够获得期望的相位差。使用无机材料的光学补偿板的耐热性优异，因此，适合作为车辆用灯具的用途。在使用有机材料的光学补偿板的情况下，偏光分束器3、偏光片5优选分离而不紧贴。光学补偿板也可以贴合于液晶元件4的第1基板或者第2基板中的任意一方或者双方的外侧。
此外，在上述的实施方式中，作为液晶元件的一例，列举了使用垂直取向模式的液晶元件，但液晶元件不限定于此。作为液晶元件，例如，可以采用使用扭转取向模式的类型(TN型)、使用超扭转取向模式的类型(STN型)、使用水平开关模式的类型(IPS型)等各种类型。此外，关于液晶元件的驱动方式，也不限定于在上述实施方式中所例示的静态驱动方式，例如，可以采用使用薄膜晶体管等的有源矩阵驱动方式、多路驱动方式等各种驱动方式。
此外，在上述的实施方式中，例示了用于进行向车辆前方的选择性光照射的车辆用灯具系统，但本发明的应用范围不限定于此。例如，也可以将本发明应用于实现根据车辆的姿势来调整光轴方向的自动调平功能、向车辆转弯时的行进方向进行光照射的AFS功能等各种用途的车辆用灯具系统。

Claims (9)

1.一种车辆用灯具，其用于对车辆的前方进行光照射，该车辆用灯具具有：
光源；
聚光部件，其会聚所述光源的光；
第1偏光元件，其使由所述聚光部件会聚的所述光源的光中的第1成分向第1方向行进，并且使该光源的光中的第2成分向与所述第1方向交叉的第2方向行进；
液晶元件，其在所述第1方向的光轴上配置于所述第1偏光元件的光射出侧；
第2偏光元件，其在所述第1方向的光轴上配置于所述液晶元件的光射出侧；
投影透镜，其在所述第1方向的光轴上配置于所述第2偏光元件的光射出侧，将透过所述液晶元件和所述第2偏光元件的所述光的第1成分向所述车辆的前方投影；以及
反射部件，其对由所述第1偏光元件产生的所述光的第2成分进行反射并使其向所述车辆的前方行进，
所述光的第1成分在所述第1方向的光轴上的规定位置处形成第1焦点，所述光的第2成分在所述第1偏光元件与所述反射部件之间的规定位置处形成第2焦点，
所述液晶元件与所述第1焦点的位置对应地配置。
2.根据权利要求1所述的车辆用灯具，其中，
所述第1方向是与由所述聚光部件会聚的所述光源的光的行进方向大致平行的方向。
3.根据权利要求1所述的车辆用灯具，其中，
所述第1方向是与由所述聚光部件会聚的所述光源的光的行进方向交叉的方向。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的车辆用灯具，其中，
所述第1偏光元件与所述液晶元件相互不紧贴而分离地配置，
所述液晶元件与所述第2偏光元件相互不紧贴而分离地配置。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的车辆用灯具，其中，
从所述投影透镜射出的所述光的第1成分的偏光方向与从所述反射部件行进的所述光的第2成分的偏光方向相互不同。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的车辆用灯具，其中，
所述第1偏光元件是偏光分束器。
7.根据权利要求1～4中的任意一项所述的车辆用灯具，其中，
所述液晶元件配置成光入射面与所述第1方向的光轴大致垂直。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的车辆用灯具，其中，
该车辆用灯具还具有第3偏光元件，该第3偏光元件配置于所述第1偏光元件与所述液晶元件之间。
9.一种车辆用灯具系统，其包含：
权利要求1～8中的任意一项所述的车辆用灯具；以及
控制装置，其控制所述车辆用灯具的所述光源和所述液晶元件的动作。
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