JP2014089990A - 車両用前照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的少数の発光素子で車両前方の広範囲を照明するとともに、配光パターンの照射範囲や照度分布を周囲環境や道路状況に合わせて多様に変化させる。
【解決手段】 前照灯ハウジングに設置されたミラーユニット４のベース５に回動体２１を支持し、回動体２１の表面にミラー２２を設ける。回動体２１を走査用アクチュエータ１３で駆動し、ミラー２２の反射光を車両前方で水平方向に高速スキャンする。光源１５に複数の発光素子３０をミラー２２の回動軸線方向に並べて配列し、ミラー２２に縦長の照射パターンを形成する。光源１５は、隣接する発光素子３０の縦方向の境界線３３をミラー２２の回動方向と交差させ、横方向の境界線３５を回動方向から遮る素子配列を備え、配光パターンから横縞や暗部を解消する。平凸レンズ２９は光源１５からの光をミラー２２の大きさに合わせて成形し、平行光をミラー２２に入れる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の発光素子からの光をミラーで反射させ、車両前方の照明領域をスキャンする車両用前照灯に関する。

従来、複数の発光素子またはミラーを用いて、車両前方に配光パターンを形成する技術が知られている。例えば、特許文献１には、多数の半導体光源（発光素子）が配列されたマトリックスを複数領域に区分し、領域ごとに光源の稼動を制御して、配光パターンを切り替える車両用照明装置が記載されている。

特許文献２では、縦横に配列された多数の反射素子（ミラー）の向きを個別に制御して、周囲環境に適した配光パターンを形成する車両用照明装置が提案されている。
特開２００１−２６６６２０号公報 特開平９−１０４２８８号公報

ところが、従来の車両用照明装置によると、車両前方の広い範囲を照明するために、多数の発光素子やミラーが必要になるという問題点があった。また、配光パターンの照射範囲や照度分布を変化させるための制御が発光素子やミラーの数に応じて複雑化するという不都合もあった。

そこで、本発明の目的は、比較的少数の発光素子で車両前方の広範囲を照明できるとともに、配光パターンの照射範囲や照度分布を周囲環境や道路状況に合わせて多様に変化させることができる車両用前照灯を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の車両用前照灯は、複数の発光素子からなる光源と、光源が出射した光を車両前方に反射するミラーと、ミラーの大きさに合わせて光源からの出射光を成形する成形用光学系と、ミラーを往復回動しミラーの反射光により車両前方の照明領域をスキャンする走査用アクチュエータとを備えたことを特徴とする。

ここで、成形用光学系としては、発光素子の個数やミラーの大きさを考慮し、各種の光学素子を採用できる。例えば、集光レンズ、拡散レンズ、自由曲面レンズ、楕円面反射鏡、放物面面反射鏡等を単独でまたは組み合わせて採用できる。光源からの光を有効利用する観点からは、複数の発光素子が出射した光を平行光に成形してミラーに入射させる光学系（例えば、平凸レンズやフレネルレンズ等）を好ましく使用できる。

また、成形用光学系として、複数の発光素子が出射した光を集光させてミラーに入射させる光学系（例えば、両凸レンズや凹面反射鏡等）を使用することも可能である。この場合、ミラーからの反射光を平行光に成形する投影レンズを併用するのが好ましい。特に、成形用光学系の集光点（両凸レンズを用いた場合の焦点）をミラーの入射側に設定し、投影レンズの焦点をミラーの後側に設定するのがより好ましい。

また、本発明の車両用前照灯は、車両前方に形成される配光パターンから縞模様や暗部を解消するための手段を提供する。具体的には、光源が隣接する少なくとも２つの発光素子の境界線をミラーの回動方向と交差させる素子配列を備えたことを特徴とする。あるいは、光源が隣接する少なくとも２つの発光素子の境界線をミラーの回動方向から遮る素子配列を備えたことを特徴とする。

さらに、本発明の車両用前照灯は、車両前方を水平および垂直方向へ広範囲にスキャンできるように、光源が複数の発光素子をミラーの回動軸線方向に並べた素子配列を備え、ミラーが縦長の照射パターンを反射し、走査用アクチュエータが照射パターンにより照明領域を水平方向にスキャンすることを特徴とする。

車両前方の配光パターンを多様に変化させるために、本発明の車両用前照灯は、複数の発光素子の光出力をミラーの回動角度に関連付けて個別に制御する制御手段を備えている。制御手段は、例えば、車両前方域の撮像データに基づいて複数の発光素子の光出力を個別に制御する。

本発明の車両用前照灯によれば、光源に複数の発光素子を設け、発光素子の出射光を成形用光学系により成形するので、比較的少数の発光素子で車両前方の広範囲を照明できるとともに、配光パターンの照射範囲や照度分布を周囲環境や道路状況に合わせて多様に変化させることができるという効果がある。

本発明の実施例１を示す車両用前照灯の全体図である。 ミラーユニットおよび光源ユニットを示す斜視図である。 光源、成形用光学系およびミラーを示す光路図である。 前照灯の光学作用を示す光路図である。 光源の素子配列を示す模式図である。 光源の調光制御を示す模式図である。 本発明の実施例２を示す車両用前照灯の全体図である。 光源、成形用光学系、ミラーおよび投影レンズを示す光路図である。 成形用光学系の変更例を示す光路図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図６は本発明の実施例１を示し、図１は車両用前照灯の全体的な構成を示し、図２はミラーユニットと光源ユニットを示し、図３は光源と成形用光学系とミラーの組合せを示し、図４は前照灯の光学作用を示し、図５は光源の素子配列を示し、図６は光源の調光制御を示す。図７〜図９は、本発明の実施例２を示し、図７は車両用前照灯の全体的な構成を示し、図８は光源と成形用光学系とミラーと投影レンズの組合せを示し、図９は成形用光学系の変更例を示す。各図において、同一の符号は同等の機能を備えた部材を示す。

図１に示すように、実施例１の車両用前照灯１は車体の前部に設置されるハウジング２を備えている。ハウジング２の前面は透光カバー３で覆われ、ハウジング２の中央部にミラーユニット４が設置されている。ミラーユニット４のベース５は傾斜した状態でブラケット６によりでハウジング２に取り付けられ、ベース５と透光カバー３との間にエクステンション７が配設されている。ミラーユニット４の下側において、ハウジング２の底壁部には光源ユニット８と制御ユニット９とが設置されている。光源ユニット８の設置部位は、図示例に限定されず、ハウジング２の側壁部とすることもできる。

制御ユニット９には、ＣＰＵ１０、ＲＯＭ１１およびＲＡＭ１２とが配設されるとともに、ミラーユニット４の走査用アクチュエータ１３（図２参照）を制御するアクチュエータ制御部１４と、光源ユニット９の光源１５を制御する光源制御部１６とが設けられている。ＲＯＭ１１には複数の配光制御プログラムが格納され、ＣＰＵ１０がこれらのプログラムを選択的に実行し、アクチュエータ制御部１３と光源制御部１６とに動作指令を出力し、車両前方の配光パターンを制御する。また、制御ユニット９は自動車の画像処理装置１７に接続され、画像処理装置１７が車載カメラ１８の撮像データを解析して、車両前方の路面情報を制御ユニット９に提供するようになっている。

図２に示すように、ミラーユニット４のベース５は開口部２０の内側に回動体２１を備え、回動体２１の表面にミラー２２がメッキまたは蒸着等の手段で被着されている。回動体２１は垂直方向のトーションバー２３でベース５に対し左右へ回動可能に支持され、ベース５の左右にトーションバー２３と直交する磁界を形成する永久磁石２４が配設されている。回動体２１にはコイル２５が配線され、端子部２６を介して制御ユニット９に接続されている。そして、永久磁石２４とコイル２５が走査用アクチュエータ１３を構成し、アクチュエータ制御部１４がコイル２５に流れる駆動電流の大きさと向きを制御し、回動体２１がミラー２２と一体に垂直軸線（Ｏ）の周りで往復回動するようになっている。

光源ユニット８は、ケーシング２８（図１参照）の下部に光源１５を備え、ケーシング２８の上部に成形用光学系としての平凸レンズ２９を備えている。光源１５は複数の発光素子３０からなり、発光素子３０が光源基板３１上に配列され、光源基板３１の下面に発光素子３０を冷却するヒートシンク３２が設けられている。発光素子３０には拡散光ＤＲを放射するＬＥＤが用いられ、複数のＬＥＤが後述する素子配列で光源基板３１上に並べられている。そして、平凸レンズ２９が光源１５からの光をミラー２２の大きさに合わせて成形して、ミラー２２に入れるようになっている。したがって、複数の発光素子３０の光を有効に利用して、ミラー２２の反射光を明るくすることができる。

この実施例の車両用前照灯１では、成形用光学系に平凸レンズ２９を使用しているので、図３に示すように、光源１５の出射光（ＬＥＤの拡散光ＤＲ）が平凸レンズ２９で成形された後に、平行光ＰＲとしてミラー２２に入る。このため、ミラー２２は平行光をそのまま反射し、反射光ＲＲを車両前方で直接スキャンできる。したがって、ミラー２２の前方から投影レンズ等の集光用光学系を省き、前照灯１の光学系部品の数を削減できる。また、集光用光学系の制限を受けることなく、ミラー２２を大きな角度で回動し、車両前方を広範囲にスキャンできる利点もある。ただし、平凸レンズ２９は、平行光をミラー２２に入れるため、レンズ径を大きくしても、ミラー２２に入りきらない光線を生じることもある。

図２、図４、図５に示すように、光源１５は、成形用光学系との組合せにおいて、車両用に適した配光パターンを形成できる素子配列を備えている。例えば、図２、図４に示す光源１５は、縦方向（ミラー２２の回動軸線方向）に複数の発光素子３０を横２列に並べ、縦方向の境界線３３をミラー２２の回動方向（Ｈ−Ｈ）と交差させ、横方向の境界線３５を左右に隣接する発光素子３０でミラー２２の回動方向から遮る素子配列を備えている。平凸レンズ２９は各発光素子３０の出射光をミラー２２の大きさに合わせて成形し、ミラー２２に縦長の照射パターンＩＰを映し出す。そして、ミラー２２が照射パターンＩＰを車両前方に反射し、走査用アクチュエータ１３がミラー２２を回動し、照射パターンＩＰにより照明領域Ｓ（スクリーンを代替示）を水平方向にスキャンする。したがって、車両前方に形成される配光パターンＰから横縞模様や暗部を解消することができる。

図５（ａ）に示す光源１５は、２つの発光素子３０を横に並べ、縦方向の境界線３３をミラー２２の回動方向と直角に交差させる素子配列を備えている。この場合、発光素子３０の出射光は、素子の横置きにより上下幅が不足するが、平凸レンズ２９によりミラー２２の大きさに合わせて拡張される。図５（ｂ）の光源１５は、２つの発光素子３０を斜状に並べ、境界線３４をミラー２２の回動方向と斜めに交差させる素子配列を備えている。図５（ｃ），（ｄ）に示す光源１５は、より多数の発光素子３０を縦横に配列し、縦方向の境界線３３をミラー２２の回動方向と交差させ、横方向の境界線３５を左右に隣接する発光素子３０によりミラー２２の回動方向両側から遮る素子配列を備えている。いずれの素子配列によっても、ミラー２２からの反射光が照明領域Ｓで垂直方向に重なり合うので、配光パターンＰから横縞模様や暗部、または発光素子３０の色むらを解消して、車両前方の視認性を高めることができる。

図２、図４に示す縦長の素子配列は、図６に示すように、縦長の照射パターンＩＰを水平方向へ高速スキャンして、車両前方の照明領域Ｓを水平および垂直方向へ広範囲にスキャンできる利点がある。また、複数の発光素子３０の光出力を個別に制御することで、路面状況に合わせて配光パターンＰを変化させることができる。具体的には、車載カメラ１８で走行方向前方の路面を撮像し、画像処理装置１７の出力に基づいて、制御ユニット９が走査用アクチュエータ１３と光源１５とを制御し、ミラー２２の回動角度に関連付けて複数の発光素子３０の光出力を個別に調整する。

例えば、図６（ａ）に示すように、すれ違い用配光領域３６を照射する発光素子３０の光出力を高め、白線３７を照射する発光素子３０の光出力をさらに高め、それ以外の発光素子３０を消灯させる制御を行うことで、白線３７や路肩を見やすく照明できる。また、図６（ｂ）に示すように、カーブ路の白線３７に追従させて、発光素子３０の光出力を調整することで、道路線形に合わせて配光パターンＰを変化させることができる。したがって、比較的少数の発光素子３０で車両前方の広範囲を照明できるとともに、配光パターンＰの照度分布を道路状況に合わせて多様に変化させることができる。また、ミラー２２を駆動する走査用アクチュエータ１３の振幅を動的に変化させることにより、周囲環境や道路状況に適した照明領域と照度分布を容易に得られる。

図７〜図９に示すように、実施例２の車両用前照灯４１では、成形用光学系に両凸レンズ４２が用いられている。ミラー２２の前方には、ミラー２２の反射光を平行光に成形するための投影レンズ（平凸レンズ）４３が設置されている。その他の構成は実施例１の車両用前照灯１と同じであり、以下に両凸レンズ４２と投影レンズ４３の構成並びに作用について説明する。

図８に示す成形用光学系では、両凸レンズ４２の焦点Ｆ１がミラー２２の入射側に設定され、両凸レンズ４２のもう一方の焦点付近に光源１５が配置されている。光源１５の複数の発光素子３０から出た光は、両凸レンズ４２でミラー２２の大きさに合わせて成形され、焦点Ｆ１で集光した後に、ミラー２２に入る。ミラー２２の反射光ＲＲは、投影レンズ４３で成形され、平行光ＰＲとして車両前方に投射される。投影レンズ４３は、焦点Ｆ２がミラー２２の後側に位置するように、保持板４４（図７参照）で前照灯ハウジング２に保持されている。回動体２１の軸線上の点Ｏから両凸レンズ４２の焦点Ｆ１までの距離Ｌ１は、点Ｏから投影レンズ４３の焦点Ｆ２までの距離Ｌ２と同等に設定されている。これにより、ミラー２２の反射光ＲＲはあたかも投影レンズ４３の焦点Ｆ２から出射されたかのようにふるまい、ミラー２２の回動によりその出射点が投影レンズ４３の焦点面ＦＰ上を往復する。

図８に示す成形用光学系によれば、両凸レンズ４２が複数の発光素子３０からの光をミラー２２の入射側で集光させるので、実施例１の平凸レンズ２９と比較し、光源１５が出射した光をより有効に利用することができる。このため、発光素子３０の数が増えた場合でも、レンズ径の大きな両凸レンズ４２を使用することで、光源１５からのすべての光をミラー２２に入れることができる。特に、両凸レンズ４２の焦点Ｆ１がミラー２２の入射側に設定されているので、ミラー２２と投影レンズ４３とを接近させ、反射光ＰＲを投影レンズ４３に入射しやすくして、明るい配光パターンを形成できる。また、投影レンズ４３の焦点Ｆ２がミラー２２の後側に設定されているので、ミラー２２と投影レンズ４３との距離（Ｄ１）を短縮し、車両用前照灯１の小型化を促進できる利点もある。

図９に示す成形用光学系では、両凸レンズ４２の焦点Ｆ１がミラー２２の後側に設定されている。この構成によると、両凸レンズ４２による集光作用は得られるが、光源１５からの光が投影レンズ４３の焦点付近で集光するので、投影レンズ４３の焦点面ＦＰがミラー２２の前方に移る。このため、ミラー２２と投影レンズ４３との距離（Ｄ２）が比較的長くなり、光学系全体の設置スペースが大きくなる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の構成や形状を適宜に変更して実施することも可能である。
（１）図１に示す前照灯ハウジング２内に複数のミラーユニット４を設置すること。
（２）ハウジング２内において、ミラーユニット４を他の照明ユニットと組み合わせて、車両用前照灯１の一部として機能させること。
（３）光源ユニット８をミラーユニット４の横方向に配置し、ミラー２２の回動軸線を鉛直方向に形成すること。
（４）図２に示す１軸走査用アクチュエータ１３にかえ、２軸走査用アクチュエータを使用すること。
（５）１軸または２軸走査用アクチュエータ１３として、静電駆動方式のアクチュエータを使用すること。

１ 車両用前照灯（実施例１）
２ ハウジング
４ ミラーユニット
８ 光源ユニット
９ 制御ユニット
１３ 走査用アクチュエータ
１５ 光源
２１ 回動体
２２ ミラー
２９ 平凸レンズ
３０ 発光素子
４１ 車両用前照灯（実施例２）
４２ 両凸レンズ
４３ 投影レンズ

Claims (4)

1. 発光素子を備えた光源と、該光源が出射した光を反射するミラーと、該ミラーを往復回動しミラーの反射光により照明領域をスキャンする走査用アクチュエータと、前記発光素子の光出力を前記ミラーの回動角度に関連付けて制御する制御手段とを備えたことを特徴とする車両用前照灯。
2. 前記光源が複数の発光素子を前記ミラーの回動軸線方向に並べた素子配列を含み、前記制御手段が複数の発光素子の光出力を前記ミラーの回動角度に関連付けて個別に制御する請求項１記載の車両用前照灯。
3. 前記ミラーが垂直方向に長い照射パターンを車両前方へ反射し、前記走査用アクチュエータが前記照射パターンを車両前方の照明領域で水平方向にスキャンする請求項１又は２記載の車両用前照灯。
4. 前記制御手段が、車載カメラによる車両前方の撮像データに基づいて、前記発光素子の光出力を前記ミラーの回動角度に関連付けて制御する請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用前照灯。

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