JP2015053142A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子アレイを用いた車両用灯具において光利用率の向上を図る。
【解決手段】車両用灯具１は、光源１０と、光源１０からの光を灯具前方に出射するオン状態と、光源１０からの光を灯具斜め上方に出射するオフ状態とを個別に切り替え可能な複数のマイクロミラーが配列されてなる光学素子アレイ３０と、オン状態にあるマイクロミラー３０ａからの光を所定の配光パターンを形成するために灯具前方に投影する投影レンズ５０と、オフ状態にあるマイクロミラー３０ｂからの光を灯具外部から視認可能とするために灯具周囲に照射する意匠性部材４０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用灯具に関し、特にＭＥＭＳ(micro electro mechanical systems)ミラーアレイ等の光学素子アレイを用いた車両用灯具に関する。

特許文献１には、光源と、光源からの光を反射することによって配光を制御するＭＥＭＳミラーアレイと、集光レンズとを備えた配光可変ライトが開示されている。この配光可変ライトは、ＭＥＭＳミラーアレイが備える複数のマイクロミラーのそれぞれをオン／オフ制御することで、所望の配光パターンを形成している。

特開２０１１−８１９７５号公報

ＭＥＭＳミラーアレイを備える従来の車両用灯具では、マイクロミラーアレイに略均一な明るさの光を照射し、オン状態のマイクロミラーが光を灯具前方に向けて反射し、オフ状態のマイクロミラーが光を光吸収材に向けて反射することで、灯具前方に所望の配光パターンを形成していた。この技術によれば、配光パターンの形成自由度を高めることができるが、車両用灯具における光利用率の向上という観点からは改善の余地があった。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学素子アレイを用いた車両用灯具において光利用率の向上を図ることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用灯具は、光源と、光源からの光を第１出射方向に出射する第１状態と、光源からの光を第１出射方向とは異なる第２出射方向に出射する第２状態とを個別に切り替え可能な複数の光学素子が配列されてなる光学素子アレイと、第１状態にある光学素子からの光を所定の配光パターンを形成するために灯具前方に投影する第１光学部材と、第２状態にある光学素子からの光を灯具外部から視認可能とするために灯具周囲に照射する第２光学部材とを備える。

第２光学部材は、第２状態にある光学素子からの光を減衰させて灯具周囲に照射するよう構成されてもよい。

第２光学部材は、外部からの光を反射するとともに、第２状態にある光学素子からの光を透過するよう構成されてもよい。

第１光学部材から投影された光は、ハイビーム配光パターンを形成してもよい。

本発明によれば、光学素子アレイを用いた車両用灯具において、光利用率の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係る車両用灯具の概略構造を示す鉛直断面図である。 本実施形態に係る車両用灯具が形成する配光パターンの一例を示す模式図である。 本実施形態に係る車両用灯具が形成する配光パターンの一例を示す模式図である。 本実施形態に係る車両用灯具が形成する配光パターンの一例を示す模式図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、意匠性部材および投影レンズの概略正面図を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る車両用灯具について詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、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、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すべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用灯具の概略構造を示す鉛直断面図である。本実施形態に係る車両用灯具１は、車両前方の左右に配置される一対の前照灯ユニットを有する車両用前照灯装置である。一対の前照灯ユニットは左右対称の構造を有する点以外は実質的に同一の構成であるため、図１には車両用灯具１として一方の前照灯ユニットの構造を示す。

車両用灯具１は、車両前方側に開口部を有するランプボディ２と、ランプボディ２の開口部を覆うように取り付けられた透光カバー４とを備える。透光カバー４は、透光性を有する樹脂やガラス等で形成される。ランプボディ２と透光カバー４とにより形成される灯室３内には、光源１０と、リフレクタ２０と、光学素子アレイ３０と、意匠性部材４０と、投影レンズ５０とが収容される。各部は、図示しない支持機構によりランプボディ２に取り付けられる。

本実施形態の光源１０は、ＬＥＤ、半導体レーザ、バルブなどであってよい。光源１０は、リフレクタ２０に向けて光を照射する。リフレクタ２０は、曲面状の反射面２０ａを有する。リフレクタ２０は、光源１０からの光を光学素子アレイ３０に向けて反射する。

光学素子アレイ３０は、複数のマイクロミラーがアレイ状に配列されたＭＥＭＳミラーアレイである。ＭＥＭＳミラーアレイは公知であるので、本明細書ではその詳細な構造については説明を省略する。

本実施形態において、光学素子アレイ３０の各マイクロミラーは、その傾斜角度を変えることにより、リフレクタ２０からの光を灯具前方に反射する状態（以下「オン状態」と呼ぶ）と、リフレクタ２０からの光を灯具斜め上方に反射する状態（以下「オフ状態」と呼ぶ）とを個別に切り替え可能である。マイクロミラーがオン状態とオフ状態とでは、光の反射方向が異なる。例えば図１において、マイクロミラー３０ａはオン状態にあり、マイクロミラー３０ｂはオフ状態にある。オン状態にあるマイクロミラー３０ａにより灯具前方に反射した光は、光学素子アレイ３０の灯具前方側に配置された投影レンズ５０に入射する。一方、オフ状態にあるマイクロミラー３０ｂにより灯具斜め上方に反射した光は、光学素子アレイ３０の灯具斜め上方側に配置された意匠性部材４０に入射する。各マイクロミラーの傾斜角度の切替は、制御部３００によってなされる。

投影レンズ５０は、例えば、前方側表面及び後方側表面が自由曲面形状を有する自由曲面レンズからなり、投影レンズ５０の後方焦点を含む後方焦点面上に形成される光源像を、反転像として灯具前方の仮想鉛直スクリーン上に投影する。投影レンズ５０は、その後方焦点が車両用灯具１の光軸上、且つ光学素子アレイ３０の光出射面（すなわち、ＭＥＭＳミラーアレイの反射面）の近傍に位置するように配置される。従って、投影レンズ５０は、光学素子アレイ３０のオン状態にあるマイクロミラーからの光を、所定の配光パターンを形成するために灯具前方に投影する。本実施形態では、投影レンズ５０から投影された光は、種々のハイビーム用配光パターンを形成可能である。投影されるハイビーム配光パターンについては後述する。

意匠性部材４０は、光学素子アレイ３０のオフ状態にあるマイクロミラーからの光を、灯具外部から視認可能とするために灯具周囲に照射する。本実施形態において、意匠性部材４０は、出射面４０ａが透光カバー４の方向を向き、入射面４０ｂが光学素子アレイ３０の方向を向くようにして、投影レンズ５０の上方に配置されている。

光源１０の出射強度調節および光学素子アレイ３０の各マイクロミラーの傾斜角度の制御は、制御部３００により実行される。制御部３００は、ハードウェア構成としてはコンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や回路で実現され、ソフトウェア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現される。なお、制御部３００は、図１では灯室３外に設けられているが、灯室３内に設けられてもよい。制御部３００は、撮像装置３１２に接続された画像処理装置３１０、図示しないライトスイッチ等からの信号を受信する。そして、制御部３００は、受信した信号に応じて、光源１０および光学素子アレイ３０に各種の制御信号を送信する。

続いて、車両用灯具１による配光パターンの形成方法と形成される配光パターンの形状について説明する。図２〜図４は、本実施形態に係る車両用灯具が形成する配光パターンの一例を示す模式図である。図２〜図４では、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た配光パターンを示している。

光学素子アレイ３０上の略楕円状領域内に位置するマイクロミラーがオン状態とされ、該略楕円状領域外に位置するマイクロミラーがオフ状態とされると、オン状態のマイクロミラーで反射した光が投影レンズ５０を介して灯具前方に照射される。これにより、図２に示すように、略楕円形状のハイビーム用配光パターンＰＨが形成される。

また、車両用灯具１は、略楕円状領域内に位置するマイクロミラーの一部をオン状態とし、残部をオフ状態とすることで、所望の形状の配光パターンを形成することができる。例えば、図３に示すように、水平線Ｈより上方且つ左側に光照射領域を有し、右側に遮光領域が形成された、いわゆる左片ハイ用配光パターンＰＨＬを形成することができる。また、左片ハイ用配光パターンＰＨＬに限らず、右片ハイ用配光パターンや、水平線Ｈより上方の中央部に遮光領域を有し、この遮光領域の水平方向両側に光照射領域を有するいわゆるスプリット配光パターン等も形成することができる。

また、図４に示すように、車両用灯具１は、ハイビーム用配光パターンＰＨにおける他車両や歩行者と重なる領域に、遮光領域Ｓを形成することができる。これにより、他車両や歩行者にグレアを与えるおそれの低減と、運転者の視認性の向上との両立を図ることができる。図４では、対向車と重なる位置に遮光領域Ｓが形成されたハイビーム用配光パターンＰＨを図示している。遮光領域Ｓは、例えば次のようにして形成することができる。

すなわち、画像処理装置３１０は、カメラ等の撮像装置３１２で撮像された画像データを取得し、画像処理を施す。これにより、画像処理装置３１０は、画像データ中に含まれる車両や歩行者を特定し、これらの位置を検出する。車両や歩行者を特定する技術や位置を検出する技術は公知であるため説明を省略する。検出された車両や歩行者の位置情報は制御部３００に送られる。制御部３００は、車両や歩行者の位置情報を用いて、ハイビーム用配光パターンＰＨにおける車両や歩行者の存在位置に遮光領域Ｓを形成するよう、光学素子アレイ３０を制御する。制御部３００は、光学素子アレイ３０上の略楕円状領域外に位置するマイクロミラーと、略楕円状領域内に位置するマイクロミラーのうち遮光領域Ｓに対応するマイクロミラーとをオフ状態とし、該略楕円状領域内に位置する他のマイクロミラーをオン状態とする。これにより、ハイビーム用配光パターンＰＨ中に遮光領域Ｓが形成される。

図２〜図４で説明したような配光パターンは、光学素子アレイ３０のオン状態に制御されたマイクロミラーで反射した光によって形成され、オフ状態に制御されたマイクロミラーで反射した光は、灯具前方には照射されない。このようなオフ状態のマイクロミラーで反射した光は、従来、反射方向に配置された光吸収材により吸収されており、有効利用されていない場合があった。従って、従来のＭＥＭＳミラーアレイを用いた車両用灯具では、光利用率の向上という観点からは改善の余地があった。

そこで、本実施形態に係る光源１０においては、光学素子アレイ３０のオフ状態にあるマイクロミラーからの光を意匠性部材４０に入射させ、意匠性部材４０から灯具周囲に照射させるよう構成した。これにより、灯具外部から意匠性部材４０が発光している様子が視認できるので、車両用灯具１の意匠性を高めることができる。このように、本実施形態に係る光源１０によれば、配光パターンの照射に利用されない光を意匠性を高めるのに利用できるので、光利用率を向上できる。

ハイビーム用配光パターンを照射する場合、光源１０からは非常に高い強度の光が出射される。従って、外部から意匠性部材４０を見たときに眩しくないように、意匠性部材４０は入射した光を減衰させて照射するよう構成されることが好ましい。このような意匠性部材４０としては、例えば半透明加工部品を用いることができる。半透明加工部品には、光を拡散させるためのステップが形成されていてもよい。あるいは、意匠性部材４０は、灯具外部からの光を反射するとともに、オフ状態にあるマイクロミラーからの光を透過するよう構成されてもよい。このような意匠性部材４０としては、例えばハーフ蒸着加工部品を用いることができる。ハーフ蒸着加工部品には、光を拡散させるためのステップが形成されてもよい。

図５（ａ）〜（ｃ）は、意匠性部材４０および投影レンズ５０の概略正面図を示す。図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、意匠性部材４０は様々な形状および配置をとることができる。図５（ａ）に示す実施例では、意匠性部材４０は、投影レンズ５０の上方に設けられた円弧状部材とされており、投影レンズ５０の上方部が発光する意匠を提示できる。図５（ｂ）に示す実施例では、意匠性部材４０は、投影レンズ５０の周囲を囲う略矩形状部材とされており、投影レンズ５０の周囲が矩形状に発光する意匠を提示できる。図５（ｃ）に示す実施例では、意匠性部材４０は、投影レンズ５０の周囲を囲う環状部材とされており、投影レンズ５０の周囲が環状に発光する意匠を提示できる。図５（ａ）〜（ｃ）に示す実施例においては、意匠性部材４０として、一端から入射した光を内部で導光しながら延出方向に沿った出射面から出射する導光体が用いられてもよい。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、上述の実施形態では、光学素子アレイとして複数のマイクロミラーを備えるＭＥＭＳミラーアレイを例示したが、光学素子アレイはＭＥＭＳミラーアレイに限定されず、例えば複数の可動リボンを備える回折型ＭＥＭＳアレイであってもよい。

また、上述の実施形態では、光学素子アレイからの反射光を灯具前方に投影する光学部材として投影レンズ５０を例示したが、投影レンズ５０は例えばリフレクタであってもよい。

１ 車両用灯具、 ４ 透光カバー、 １０ 光源、 ２０ リフレクタ、 ３０ 光学素子アレイ、 ３０ａ，３０ｂ マイクロミラー、 ４０ 意匠性部材、 ５０ 投影レンズ、 ３００ 制御部。

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源からの光を第１出射方向に出射する第１状態と、前記光源からの光を前記第１出射方向とは異なる第２出射方向に出射する第２状態とを個別に切り替え可能な複数の光学素子が配列されてなる光学素子アレイと、
   第１状態にある前記光学素子からの光を所定の配光パターンを形成するために灯具前方に投影する第１光学部材と、
   第２状態にある前記光学素子からの光を灯具外部から視認可能とするために灯具周囲に照射する第２光学部材と、
   を備えることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記第２光学部材は、第２状態にある前記光学素子からの光を減衰させて灯具周囲に照射するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記第２光学部材は、外部からの光を反射するとともに、第２状態にある前記光学素子からの光を透過するよう構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
4. 前記第１光学部材から投影された光は、ハイビーム配光パターンを形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両用灯具。

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