JP2015123855A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者に対して的確に視覚情報伝達を行う。【解決手段】車両用灯具１は、照射された光を反射して灯具前方に配光パターンを形成する画素型プロジェクタ６と、照射された光を反射して線画パターンを形成する走査型線画装置７と、画素型プロジェクタ６に拡散光を照射するとともに、走査型線画装置７に収束光を照射するよう構成された光源ユニット５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用灯具に関し、特に画素型プロジェクタおよび走査型線画装置を用いた車両用灯具に関する。

従来、運転者に対して安全走行に関わる情報を視覚的に伝える装置として、画素型プロジェクタおよび走査型線画装置が知られている。例えば特許文献１には、画素型プロジェクタの一例であるＤＭＤ（Digital Micro Mirror Device）を用いた車両用照明システムが開示されている。また、例えば特許文献２には、超音波偏向器又はガルバノミラーにより構成されるスキャンアクチュエータを備えた車載運転支援装置が開示されている。この装置では、スキャンアクチュエータにより可視光ビームを走査することで、路面に所望の形状のパターンが描写される。

特開２００４−９８２９号公報 特開２００６−２１６３１号公報

画素型プロジェクタおよび走査型線画装置は共に運転者に対して視覚情報を伝達するための装置であるが、それぞれ長所と短所を有する。画素型プロジェクタは、一般的に、広い範囲の描画に適しているが、詳細且つ高輝度な線画は難しいという特徴がある。一方、走査型線画装置は、精細且つ高輝度な線画を描画するのに適しているが、広い範囲の描画ではちらつきや輝度低下が顕著になるという特徴がある。

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、運転者に対して的確に視覚情報伝達を行うことのできる車両用灯具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用灯具は、照射された光を反射して灯具前方に配光パターンを形成する第１パターン形成装置と、照射された光を反射して線画パターンを形成する第２パターン形成装置と、第１パターン形成装置に拡散光を照射するとともに、第２パターン形成装置に収束光を照射するよう構成された光源ユニットとを備える。

第１パターン形成装置は、光源ユニットから照射された光の反射方向を制御可能な複数の光学素子が配列されてなる画素型プロジェクタを含んでもよい。

第２パターン形成装置は、光源ユニットからの光を走査する光学素子を有する走査型線画装置を含んでもよい。

光源ユニットは、拡散光を出射する第１光源と、収束光を出射する第２光源と、第１光源からの拡散光を第１パターン形成装置に反射するとともに、第２光源からの収束光を第２パターン形成装置に反射する反射鏡とを備えてもよい。

光源ユニットは、収束光を出射する光源と、光源からの収束光を二つに分割するビームスプリッタと、ビームスプリッタで分割された一方の収束光を拡散光に変換して第１パターン形成装置に照射する第１光学部材と、ビームスプリッタで分割された他方の収束光を第２パターン形成装置に照射する第２光学部材とを備えてもよい。

本態様の車両用灯具は、入力された光を用いて発光表示を行うヘッドアップディスプレイ装置と、光源ユニットからの光をヘッドアップディスプレイ装置に導く光学部材とをさらに備えてもよい。

本発明によれば、運転者に対して的確に視覚情報伝達を行うことのできる車両用灯具を提供できる。

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。 本発明の実施形態に係る車両用灯具により車両前方に表示される視覚情報を説明するための図である。 本発明の別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。

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、光源ユニット５と、第１パターン形成装置としての画素型プロジェクタ６と、第２パターン形成装置としての走査型線画装置７と、投影レンズ８と、集光レンズ９と、光ファイバ１０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。

光源ユニット５は、基板１１と、基板１１上に搭載されたＬＥＤ１２および半導体レーザ１３と、反射鏡１４とを備える。ＬＥＤ１２および半導体レーザ１３は、基板１１から供給される電流により発光する。ＬＥＤ１２は、拡散光を反射鏡１４に向けて出射する。一方、半導体レーザ１３は、収束光（例えばレーザ光）を反射鏡１４に向けて出射する。反射鏡１４は、ＬＥＤ１２からの拡散光を画素型プロジェクタ６に向けて反射するとともに、半導体レーザ１３からの収束光を走査型線画装置７に向けて反射する。図１では、拡散光を実線で示し、収束光を破線で示す。なお、本実施形態では、ＬＥＤ１２からの拡散光および半導体レーザ１３からの収束光を反射鏡１４で反射して、それぞれ画素型プロジェクタ６および走査型線画装置７に照射するよう光源ユニット５を構成した。しかしながら、反射鏡１４は必須ではなく、ＬＥＤ１２からの拡散光が直接画素型プロジェクタ６に照射され、一方半導体レーザ１３からの収束光が直接走査型線画装置７に照射されるよう光源ユニット５を構成してもよい。

画素型プロジェクタ６は、光源ユニット５から照射された拡散光の反射方向を制御可能な複数のマイクロミラーがアレイ状に配列されてなるＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーアレイであってよい。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。

画素型プロジェクタ６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、光源ユニット５からの拡散光を灯具前方に位置する投影レンズ８に向けて反射する状態（以下「オン状態」と呼ぶ）と、光源ユニット５からの拡散光を投影レンズ８から外れた位置に設けられた光吸収部材（図示せず）に向けて反射する状態（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、マイクロミラーの傾斜角度が異なる。例えば図１において、マイクロミラー６ａはオン状態にあり、マイクロミラー６ｂはオフ状態にある。オン状態にあるマイクロミラー６ａにより灯具前方に反射した拡散光は、投影レンズ８に入射する。一方、オフ状態にあるマイクロミラー６ｂにより反射した拡散光は、光吸収部材に入射し、吸収される。

投影レンズ８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８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８は、その後方焦点が車両用灯具１の光軸上、且つ画素型プロジェクタ６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８は、画素型プロジェクタ６のオン状態にあるマイクロミラーからの光を、所望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８から投影された光は、種々の配光パターンを形成可能である。投影される配光パターンについては後述する。

走査型線画装置７は、光源ユニット５から照射された収束光を反射するガルバノミラーと、該ガルバノミラーを回転させて光源ユニット５から照射された収束光を走査するアクチュエータとを備える。走査型線画装置７は、ガルバノミラーを回転させて収束光を反射・走査することで、路面上に所望の形状の線画パターンを形成することができる。また、走査型線画装置７は、ガルバノミラーを所定の回転角とすることで、集光レンズ９に向けて収束光を反射することができる。

集光レンズ９は、走査型線画装置７から照射された収束光を集光し、光ファイバ１０に入射させる。光ファイバ１０は、灯室３の外部に設けられたヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）装置１５に接続されており、一方の端部から内部に入射した収束光をヘッドアップディスプレイ装置１５に導く。

ヘッドアップディスプレイ装置１５は、光ファイバ１０から入力された収束光を用いて発光表示を行う。ヘッドアップディスプレイ装置１５は、例えば車両のフロントウィンドウ上に文字や図形を表示するものであってよい。ヘッドアップディスプレイについては公知であるので、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、光源ユニット５からの拡散光および収束光の出射強度調節、画素型プロジェクタ６による拡散光の反射、走査型線画装置７による収束光の走査、およびヘッドアップディスプレイ装置１５による情報の表示は、制御部１６により制御される。制御部１６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１６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１６は、撮像装置１７に接続された画像処理装置１８、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１６は、受信した信号に応じて、光源ユニット５、画素型プロジェクタ６、走査型線画装置７およびヘッドアップディスプレイ装置１５に各種の制御信号を送信する。

撮像装置１７は、灯具前方を撮像するよう配置される。画像処理装置１８は、撮像装置１７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１８は、画像データ中に含まれる車両、歩行者、レーンマーク等を特定し、これらの位置を検出する。これら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、ここでは詳細な説明を省略する。検出された位置情報は制御部１６に送られる。これらの位置情報は、制御部１６による光源ユニット５、画素型プロジェクタ６、走査型線画装置７およびヘッドアップディスプレイ装置１５の制御に利用される。

図２は、本発明の実施形態に係る車両用灯具１により車両前方に表示される視覚情報を説明するための図である。

本実施形態に係る車両用灯具１において、画素型プロジェクタ６から投影レンズ８を介して照射される拡散光は、車両前方の路面等に広範囲の配光パターンＰＷを形成する。画素型プロジェクタ６の一部のマイクロミラーをオン状態とし、他のマイクロミラーをオフ状態とすることで、所望の形状の配光パターンＰＷを車両前方に形成することができる。例えば、撮像装置１７により撮像された画像に基づいて車両前方に対向車や歩行者が検出された場合、該対向車や歩行者が存在する領域に対応するマイクロミラーをオフ状態とする。これにより、対向車や歩行者にグレアを与えることを防止できる。

また、本実施形態に係る車両用灯具１において、走査型線画装置７により走査される収束光は、車両前方の路面等に線画パターンＰＳを形成する。ガルバノミラーを回転させて光源ユニット５からの収束光を反射・走査することで、所望の形状の線画パターンＰＳを車両前方に形成することができる。例えば、撮像装置１７により撮像された画像に基づいて車両前方にレーンマークが検出された場合、該レーンマークに沿って線画パターンが形成されるよう走査型線画装置７のガルバノミラーを走査する。これにより、レーンマークの情報を運転者に的確に提示できる。この場合、レーンマークが存在する領域に対応する画素型プロジェクタ６のマイクロミラーをオフ状態としてもよい。これにより、走査型線画装置７により照射される線画パターンがより際だつので、運転者にレーンマークの情報をより好適に提示できる。また、走査型線画装置７は、例えばカーナビゲーションシステムと連動して、車両の進むべき進路を路面に表示してもよい。

また、本実施形態に係る車両用灯具１において、ヘッドアップディスプレイ装置１５は、例えば車両のフロントウィンドウに文字・図形情報ＰＨを表示する。この場合、文字・図形情報ＰＨが存在する領域に対応する画素型プロジェクタ６のマイクロミラーをオフ状態としてもよい。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置１５により表示される文字・図形情報ＰＨがより際だつので、運転者に文字情報ＰＨをより好適に提示できる。

以上説明したように、本実施形態に係る車両用灯具１では、車両用灯具１に画素型プロジェクタ６、走査型線画装置７およびヘッドアップディスプレイ装置１５を設け、それぞれ異なる情報を運転者に提示するように構成した。具体的には、画素型プロジェクタ６には広範囲の配光パターンを表示させ、走査型線画装置７には詳細且つ高輝度な線画パターンを表示させ、ヘッドアップディスプレイ装置１５には文字・図形情報を表示させた。このように各装置が得意とする情報表示を組み合わせることで、運転者に的確に視覚情報伝達を行うことができる。

本実施形態では、画素型プロジェクタ６、走査型線画装置７およびヘッドアップディスプレイ装置１５の光源を共通の光源ユニット５としている。これにより、各装置に別々に光源を設ける場合と比較して、安価な構成とすることができる。

図３は、本発明の別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。図３に示す車両用灯具１において、図１と同様または対応する構成要素については同一の符号を付すとともに、重複する説明は適宜省略する。

本実施形態に係る車両用灯具１では、光源ユニット５の構成が図１に示す実施形態と異なる。本実施形態の光源ユニット５は、基板１１上に搭載された半導体レーザ１３と、ビームスプリッタ３０と、黄色蛍光体３１と、反射鏡１４と、収束光反射鏡３２とを備える。

半導体レーザ１３は、青色の収束光を出射する。半導体レーザ１３から出射された青色収束光は、ビームスプリッタ３０で二つに分割される。ビームスプリッタ３０の分割比は例えば９：１である。すなわち、ビームスプリッタ３０は、入射した青色収束光の９割を透過させ、一方入射した青色収束光の一割を反射する。

ビームスプリッタ３０を透過した青色収束光は、黄色蛍光体３１に入射する。黄色蛍光体３１は、青色収束光を白色拡散光に変換し、反射鏡１４に出射する。反射鏡１４は、白色拡散光を画素型プロジェクタ６に向けて反射する。

一方、ビームスプリッタ３０で反射した青色収束光は、収束光反射鏡３２に入射する。収束光反射鏡３２は、青色収束光を反射鏡１４に向けて反射する。反射鏡１４は、収束光反射鏡３２からの青色収束光を走査型線画装置７に向けて反射する。この後の走査型線画装置７の動作は図１に示す車両用灯具と同様である。

このように、図５に示す光源ユニット５では、ビームスプリッタ３０を用いることで、一つの半導体レーザ１３から拡散光と収束光を生成することができる。光源の数が減ることで、安価な構成を実現することが可能となる。

図５に示す実施形態では、ビームスプリッタ３０で透過した青色収束光を黄色蛍光体３１に入射させて拡散光を生成するよう光源ユニット５を構成したが、ビームスプリッタ３０で反射した青色収束光を黄色蛍光体３１に入射させて拡散光を生成するよう光源ユニット５を構成してもよい。また、収束光反射鏡３２および／または反射鏡１４は必須ではなく、例えば黄色蛍光体３１から出射された拡散光が直接画素型プロジェクタ６に照射され、ビームスプリッタ３０で分岐された収束光が直接走査型線画装置７に照射されてもよい。

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、画素型プロジェクタ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、画素型プロジェクタは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、ガルバノミラーを用いた走査型線画装置を例示したが、走査型線画装置はガルバノミラーを用いたものに限定されず、例えば一枚の小型ミラーを二次元方向に駆動できる一枚ＭＥＭＳミラーであってもよい。

１ 車両用灯具、 ２ ランプボディ、 ３ 灯室、 ４ 透光カバー、 ５ 光源ユニット、 ６ 画素型プロジェクタ、 ７ 走査型線画装置、 ８ 投影レンズ、 ９ 集光レンズ、 １０ 光ファイバ、 １１ 基板、 １２ ＬＥＤ、 １３ 半導体レーザ、 １４ 反射鏡、 １５ ヘッドアップディスプレイ装置、 １６ 制御部、 １７ 撮像装置、 ３０ ビームスプリッタ、 ３１ 黄色蛍光体、 ３２ 収束光反射鏡。

Claims (6)

1. 照射された光を反射して灯具前方に配光パターンを形成する第１パターン形成装置と、
   照射された光を反射して線画パターンを形成する第２パターン形成装置と、
   前記第１パターン形成装置に拡散光を照射するとともに、前記第２パターン形成装置に収束光を照射するよう構成された光源ユニットと、
   を備えることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記第１パターン形成装置は、前記光源ユニットから照射された光の反射方向を制御可能な複数の光学素子が配列されてなる画素型プロジェクタを含む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パターン形成装置は、前記光源ユニットからの光を走査する光学素子を有する走査型線画装置を含む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. 前記光源ユニットは、拡散光を出射する第１光源と、収束光を出射する第２光源と、前記第１光源からの拡散光を前記第１パターン形成装置に反射するとともに、前記第２光源からの収束光を前記第２パターン形成装置に反射する反射鏡と、を備え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。
5. 前記光源ユニットは、収束光を出射する光源と、前記光源からの収束光を二つに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで分割された一方の収束光を拡散光に変換して前記第１パターン形成装置に照射する第１光学部材と、前記ビームスプリッタで分割された他方の収束光を前記第２パターン形成装置に照射する第２光学部材と、を備え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。
6. 入力された光を用いて発光表示を行うヘッドアップディスプレイ装置と、
   前記光源ユニットからの光を前記ヘッドアップディスプレイ装置に導く光学部材と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の車両用灯具。

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