JP2016057541A - 液晶レンズ、照明装置及び照明システム - Google Patents
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Abstract
【課題】配光制御の自由度を高めることが可能な液晶レンズ、照明装置及び照明システムを提供する。【解決手段】液晶レンズ1は、第1透明基板2と、第1透明基板2に対向する第2透明基板3と、第1透明基板2と第2透明基板3との間に配置された液晶4と、第1透明基板2と液晶4との間に配置された第1透明電極5と、第2透明基板3と液晶4との間に配置された複数の第2透明電極6と、を備える。複数の第2透明電極6は、第2透明基板3における第1透明基板2側の表面3aにおいて複数の分割領域に分けて配置されている。【選択図】図1
Description
本発明は、液晶レンズ、照明装置及び照明システムに関する。
従来、配光が可変の投光装置としては、光源と反射鏡と集光用レンズとから構成される投光装置において、集光用レンズを交流電圧によって焦点距離が変化する液晶レンズで構成した、投光装置が提案されている(特許文献1)。
特許文献1に記載された投光装置は、液晶レンズの焦点距離を変えることにより、投光装置の照射距離や照射範囲を変えることができる。
近年、照明装置の分野においては、車両用前照灯(ヘッドランプ)等で、配光制御可能な照明装置の需要が高まっている。
車両用前照灯では、より広い範囲に亘って照射距離や照射範囲を変えることが望まれている。
本発明の目的は、配光制御の自由度を高めることが可能な液晶レンズ、照明装置及び照明システムを提供することにある。
本発明の液晶レンズは、第1透明基板と、前記第1透明基板に対向する第2透明基板と、前記第1透明基板と前記第2透明基板との間に配置された液晶と、を備える。また、本発明の液晶レンズは、前記第1透明基板と前記液晶との間に配置された第1透明電極と、前記第2透明基板と前記液晶との間に配置された複数の第2透明電極と、を備える。本発明の液晶レンズは、前記複数の第2透明電極は、前記第2透明基板における前記第1透明基板側の表面において複数の分割領域に分けて配置されている。
本発明の照明装置は、光源と、前記光源から放射された光の配光を制御するレンズと、を備える。前記レンズは、前記液晶レンズにより構成されている。
本発明の照明システムは、前記照明装置と、前記液晶レンズに加える電界の面内分布を制御する制御部と、を備える。
本発明の液晶レンズは、配光制御の自由度を高めることが可能となる。
本発明の照明装置は、配光制御の自由度を高めることが可能となる。
本発明の車両用前照灯は、配光制御の自由度を高めることが可能となる。
下記の実施形態1〜4において説明する各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態1〜4に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。
(実施形態1)
以下では、本実施形態の液晶レンズ1について、図1A、1B、1C、2A、2B、3A、3B及び4に基づいて説明する。
以下では、本実施形態の液晶レンズ1について、図1A、1B、1C、2A、2B、3A、3B及び4に基づいて説明する。
液晶レンズ1は、光線の入射表面1a、射出表面1b及び液晶4中における屈折作用等を利用して、光源からの光線の配光を制御する機能を有する光学素子(光機能素子)である。液晶レンズ1によって配光を制御できる光線は、常光線と異常光線とのうち異常光線のみである。常光線とは、光が複屈折性の液晶4に入射して二つに分かれる場合、光の速度が伝搬方向によらない光線である。異常光線とは、光が複屈折性の液晶4に入射して二つに分かれる場合、光の速度が伝搬方向によって異なる光線である。複屈折とは、液晶4に入射する光が互に垂直な振動方向をもつ二つの光波に分かれる現象を意味する。より詳細には、液晶レンズ1は、液晶4の液晶分子4a内で屈折率の異方性があり、偏光方向によって屈折率が変わる。見方を変えれば、液晶レンズ1は、電界分布を変えることによって光散乱性を変化させることが可能なレンズである。液晶レンズ1は、電圧駆動型の光機能素子である。液晶4は、光学的物性として、屈折率異方性(Δn)を有する。屈折率異方性は、異常光線に対する屈折率をne、常光線に対する屈折率をn0とすると、Δn=ne−n0で定義される。
液晶レンズ1は、第1透明基板2と、第1透明基板2に対向する第2透明基板3と、第1透明基板2と第2透明基板3との間に配置された液晶4と、を備える。また、液晶レンズ1は、第1透明基板2と液晶4との間に配置された第1透明電極5と、第2透明基板3と液晶4との間に配置された複数の第2透明電極6と、を備える。複数の第2透明電極6は、第2透明基板3における第1透明基板2側の表面3aにおいて複数の分割領域3abに分けて配置されている。よって、液晶レンズ1は、配光制御の自由度を高めることが可能となる。より詳細には、液晶レンズ1は、例えば、外部から、第1透明電極5をグランドとして各分割領域3abの一群の第2透明電極6との間に選択的に電圧を印加することができる。これにより、液晶レンズ1は、例えば、液晶4において複数の分割領域3abに1対1で対応付けられる複数の領域ごとに選択的に液晶分子4aの方向を変えることが可能となるから、様々な配向を実現することが可能となる。よって、液晶レンズ1は、配光制御の自由度を高めることが可能となる。また、液晶レンズ1は、第1透明電極5と複数の第2透明電極6との組み合わせにおいて電圧を印加する組み合わせの選択が容易になる。図2A及び2Bでは、隣り合う分割領域3ab同士の境界を一点鎖線で示してある。
液晶レンズ1は、液晶4が、第1透明基板2と、第2透明基板3と、第1透明基板2の周部と第2透明基板3の周部との間に配置された接合部9と、で封止されているのが好ましい。
また、液晶レンズ1は、第1配向膜7と、第2配向膜8と、を備えているのが好ましい。これにより、液晶レンズ1は、配向制御の制御性が向上する。第1配向膜7は、第1透明電極5を覆うように形成されている。第1配向膜7は、第1透明電極5と液晶4との間に介在している。第2配向膜8は、複数の第2透明電極6を覆うように形成されている。第2配向膜8は、複数の第2透明電極6と液晶4との間に介在している。
液晶レンズ1は、第1配向膜7及び第2配向膜8によって、例えば、図3Aや図4Aに示すように液晶4における液晶分子4aの配向を揃えることができる。そして、液晶レンズ1は、液晶4に印加される電界によって図3Bや図4Bに示すように液晶分子4aが傾き、異常光線に対する屈折率が変化する。よって、液晶レンズ1は、屈折率分布形レンズ(GRINレンズ)として機能させることができる。屈折率分布形レンズとは、レンズを構成する光学媒質が、屈折率分布をもっているレンズを意味する。なお、図3Aに示した液晶4の配向状態は、ホメオトロピック(homeotropic)配向である。ホメオトロピック配向は、第1透明基板2及び第2透明基板3に対して液晶分子4aの長軸が略垂直な配向である。図4Aに示した液晶4の配向状態は、ホモジニアス(homogeneous)配向である。ホモジニアス配向は、第1透明基板2及び第2透明基板3に対して液晶分子4aの長軸が略平行で且つ一方向に揃っている配向である。図3Bは、図3Aの液晶4に電界を印加したときの配向状態の一例を示している。図4Bは、図4Aの液晶4に電界を印加したときの配向状態の一例を示している。図3A、3B、4A及び4Bにおける一点鎖線の矢印は、液晶4に入射して出射する光線の進行経路を模式的に示している。
液晶レンズ1の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。
第1透明基板2及び第2透明基板3は、光透過性を有する。第1透明基板2及び第2透明基板3は、可視光に対する全光線透過率が60%以上であることが好ましく、70%以上であるのがより好ましく、80%以上であるのが更に好ましい。なお、全光線透過率の測定法としては、例えば、ISO 13468−1で規定されている測定法を採用することができる。
第1透明基板2及び第2透明基板3としては、例えば、ガラス基板等を採用することができる。ガラス基板の材料としては、例えば、ソーダガラス、無アルカリガラス等を採用することができる。要するに、第1透明基板2及び第2透明基板3の材料としては、例えば、ソーダガラス、無アルカリガラス等を採用することができる。液晶レンズ1は、第1透明基板2と第2透明基板3とが同じ材料により形成されているのが好ましいが、第1透明基板2と第2透明基板3とが異なる材料により形成されていてもよい。
第1透明基板2の外周形状は、円形状としてある。また、第2透明基板3の外周形状は、円形状としてある。液晶レンズ1は、第1透明基板2の直径と第2透明基板3の直径とを同じとしてあるが、異なっていてもよい。
第1透明電極5及び第2透明電極6は、導電性及び光透過性を有する。第1透明電極5及び第2透明電極6は、例えば、透明導電層により構成することができる。
透明導電層の材料としては、例えば、透明導電性酸化物(Transparent Conducting Oxide)等を採用することができる。透明導電性酸化物としては、例えば、ITO、AZO、GZO、IZO、FTO等がある。透明導電層は、例えば、透明導電性酸化物層と厚さが10nm以下の金属層との積層構造を有してもよい。透明導電層は、可視光に対する全光線透過率が60%以上であることが好ましく、70%以上であるのがより好ましく、80%以上であるのが更に好ましい。なお、全光線透過率の測定法としては、例えば、ISO 13468−1で規定されている測定法を採用することができる。
第1透明電極5は、外周形状を円形状としてある。第1透明電極5の直径は、第1透明基板2の直径よりも小さく設定してある。液晶レンズ1は、液晶レンズ1の厚さ方向に沿った中心線が、第1透明基板2、液晶4及び第2透明基板3それぞれの中心を通るのが好ましい。複数の第2透明電極6については、後述する。
液晶4は、印加される電界によって液晶分子4aの配向が変わる液晶材料により形成されている。言い換えれば、液晶4は、電界が印加されると液晶分子4aの配向が変化し、液晶分子4aの配向の変化に伴って複屈折率が変化する。電界は、第1透明電極5と複数の第2透明電極6との間に印加する電圧を変化させることによって、変えることができる。液晶材料としては、例えば、ネマチック液晶(Nematic Crystal)等を採用することができる。図3Aの液晶4は、例えば、ネマチック液晶をホメオトロピック配向させることで構成することができる。また、図4Aの液晶は、例えば、ネマチック液晶をホモジニアス配向させることで構成することができる。液晶レンズ1では、液晶4の複屈折を電界によって制御する。
接合部9は、例えば、接着剤により形成されている。接合部9は、防湿性を有することが好ましい。これにより、液晶レンズ1は、耐湿性を向上させることが可能となる。接合部9の材料としては、例えば、樹脂を用いることができる。樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂等を用いることが好ましい。より詳細には、樹脂としては、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂、紫外線硬化性のエポキシ樹脂等を用いることができる。
接合部9は、吸湿材を含有する樹脂により形成されていてもよい。吸湿材としては、例えば、アルカリ土類金属の酸化物や硫酸塩が好ましい。アルカリ土類金属の酸化物としては、例えば、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム等を挙げることができる。また、硫酸塩としては、例えば、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸ガリウム、硫酸チタン、硫酸ニッケル等を挙げることができる。また、吸湿材としては、その他に、例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化銅、酸化マグネシウム等を用いることができる。また、吸湿材としては、例えば、シリカゲルや、ポリビニルアルコール等の吸湿性を有する有機化合物を用いることもできる。
第1配向膜7及び第2配向膜8は、液晶4に電界が印加されていない初期状態において液晶分子4aを規則正しく配列させる機能を有する。規則正しく配列させるとは、液晶4に電界が印加されていない初期状態において、例えば、図3Aや図4Aに示すように、液晶分子4aの長軸方向を一方向に揃えることを意味する。第1配向膜7及び第2配向膜8は、有機材料により形成された配向膜(以下、「有機配向膜」という)でも無機材料により形成された配向膜(以下、「無機配向膜」という)でもよい。有機配向膜の有機材料としては、例えば、ポリイミド等の高分子材料を採用することができる。無機配向膜の無機材料としては、例えば、SiO2を採用することができる。第1配向膜7及び第2配向膜8は、有機配向膜が好ましい。有機配向膜は、ラビング法(rubbing method)等によって、配向処理が施されているのが好ましい。
上述のように、複数の第2透明電極6は、第2透明基板3の表面3aにおいて複数の分割領域3abに分けて配置されているのが好ましい。
複数の分割領域3abは、例えば、図2Aに示すように、円3aaを分割した扇形状の領域であるのが好ましい。液晶レンズ1は、扇形状の領域内で複数の第2透明電極6における一群の第2透明電極6が円3aaの半径方向に沿って並んで配置されているのが好ましい。一群の第2透明電極6は、円弧状の形状であり、円3aaの半径方向において円3aaの中心3acから遠い第2透明電極6ほど円3aaの外周に沿った方向の長さが大きいのが好ましい。これにより、液晶レンズ1は、配光制御性を更に向上させることが可能となる。一群の第2透明電極6における第2透明電極6の数は、3としてあるが、これに限らず、2つ以上であればよい。
複数の第2透明電極6は、見方を変えれば、図2Bに示すように、第2透明基板3の表面3aにおける同心状の複数の仮想円3ad上に分けて配置され、複数の仮想円3adのうち同じ仮想円3ad上に配置される4つ第2透明電極6が、等間隔で配置されている。1つの仮想円3ad上に配置される第2透明電極6の数は、分割領域3abの数と同じである。また、1つの仮想円3ad上に配置される4つの第2透明電極6は、それぞれ異なる分割領域3abに配置されている。これにより、液晶レンズ1は、配光制御の自由度を高めながらも、配向設計が容易になる。
複数の第2透明電極6は、それぞれに、配線62が接続されている。配線62は、第2透明電極6と同じ材料により形成されているのが好ましい。これにより、液晶レンズ1は、配線62により光が反射されたり吸収されたりするのを抑制することが可能となる。
液晶レンズ1は、第1透明電極5が電気的に接続された第1端子(図示せず)を備えている。複数の第2透明電極6は、一群の第2透明電極6が共通の第2端子(図示せず)と電気的に接続されており、各一群の第2透明電極6が異なる第2端子と電気的に接続されている。液晶レンズ1は、配線62と第2端子とが、例えば、第2透明基板3において第2透明基板3の厚さ方向に形成された貫通孔配線を介して電気的に接続した構成とすることができる。液晶レンズ1は、一群の第2透明電極6それぞれが、各別の第2端子と電気的に接続された構成としてもよい。液晶レンズ1は、複数の第2透明電極6が、それぞれ、各別の第2端子と1対1で対応付けて電気的に接続された構成としてもよい。
図5は、液晶レンズ1を備えた照明装置10aの概略構成図である。
照明装置10aは、光源20aと、光源20aから放射された光の配光を制御するレンズ30と、を備え、レンズ30が液晶レンズ1により構成されている。これにより、照明装置10aは、配光制御の自由度を高めることが可能となる。
照明装置10aは、光源20a及び液晶レンズ1を保護する保護カバー50aを備えるのが好ましい。保護カバー50aは、液晶レンズ1の射出表面1b側で液晶レンズ1から離れて配置される。保護カバー50aは、例えば、液晶レンズ1の厚さ方向に沿った方向から見た外周形状が円形状であるのが好ましい。
保護カバー50aは、可視光に対する光透過性を有する。保護カバー50aは、可視光に対する全光線透過率が60%以上であることが好ましく、70%以上であるのがより好ましく、80%以上であるのが更に好ましい。なお、全光線透過率の測定法としては、例えば、ISO 13468−1で規定されている測定法を採用することができる。
図5中の一点鎖線は、照明装置10aにおいて保護カバー50aから出射される光の配光エリアを模式的に示したものである。図5中に一点鎖線で示した配光エリアのうち真ん中の配光エリアは、常光線の配光エリアを模式的に示している。また、図5中に一点鎖線で示した配光エリアのうち左右の配光エリアは、異常光線の配光エリアを模式的に示している。
光源20aは、液晶レンズ1の直下に配置される。これにより、照明装置10aは、光源20aから放射された光の配光を液晶レンズ1により制御することが可能となる。照明装置10aは、光源20aの光軸と、液晶レンズ1の電界の印加されていない初期状態における光軸とが揃っているのが好ましい。
光源20aは、図5〜8に示すように、実装基板21と、実装基板21に実装された複数の発光素子22aと、複数の発光素子22aを覆っている波長変換層23と、を備える。
実装基板21は、発光素子22aを実装する基板である。「実装する」とは、発光素子22aを配置して機械的に接続すること及び電気的に接続することを含む概念である。
実装基板21の平面形状は、矩形状としてある。実装基板21の平面形状は、矩形状に限らず、例えば、矩形状以外の多角形状や、円形状等でもよい。
実装基板21は、支持体と、支持体の表面に所定のパターンで形成され発光素子22aが電気的に接続される導体部と、を備える。支持体は、例えば、セラミック基板により構成することができる。これにより、光源20aは、支持体が樹脂基板により構成されている場合に比べて、放熱性を向上させることが可能となり、光源20aの光出力の高出力化を図ることが可能となる。セラミック基板としては、例えば、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板等を採用することができる。支持体は、金属板と、この金属板の表面に形成された電気絶縁層と、を備えた構成としてもよい。金属板は、例えば、アルミニウム基板、銅基板等を採用することができる。この場合、実装基板21は、例えば、金属ベースプリント配線板により形成することができる。
発光素子22aは、実装基板21にフリップチップ実装されているが、実装基板21への実装形態はこれに限らない。
光源20aは、複数の発光素子22aが直列接続されている。光源20aは、複数の発光素子22aの電気的な接続形態として、複数の発光素子22aが直列接続された接続形態を採用しているが、これに限らず、直並列接続された接続形態や、並列接続された接続形態を採用してもよい。また、光源20aは、複数の独立した接続形態を有し、個別に制御可能な構造としてもよい。実装基板21は、複数の発光素子22aの接続形態に基づいて所定のパターンに形成された導体部を備えていればよい。
発光素子22aは、LEDチップにより構成されている。LEDチップは、例えば、青色光を放射する青色LEDチップを採用することができる。青色LEDチップとしては、例えば、基板(結晶成長用基板)としてc面サファイア基板を備えたGaN系LEDチップを採用することができる。c面サファイア基板とは、GaN系結晶を成長させる主表面が(0001)面であるサファイア基板を意味する。
波長変換層23は、透光性材料と、発光素子22aから放射された光の一部を波長変換して異なる波長の光を放射する波長変換材料と、の混合体で形成されている。
波長変換層23は、透光性材料として、透光性樹脂、ガラス等を採用することができる。透光性樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を採用することができる。
波長変換層23は、波長変換材料として、例えば、黄色蛍光体を採用することができる。黄色蛍光体は、発光素子22aから放射された光の一部を波長変換して異なる波長の光である黄色光を放射する蛍光体である。黄色蛍光体としては、例えば、例えば、Ce3+付活YAG(Yttrium Aluminum Garnet)蛍光体、Eu2+付活酸窒化物蛍光体等を採用することができる。Ce3+付活YAG蛍光体としては、例えば、Y3Al5O12:Ce3+等が挙げられる。Eu2+付活酸窒化物蛍光体としては、例えば、SrSi2O2N2:Eu2+等が挙げられる。なお、波長変換層23は、透光性材料に波長変換材料が分散されている。波長変換材料は、1種類の蛍光体に限らず、例えば、発光スペクトルの異なる複数種類の蛍光体を採用してもよい。波長変換層23は、複数の発光素子22aを覆うように形成されている。波長変換層23は、例えば、スクリーン印刷法やディスペンス法等により形成することができる。
光源20aは、光源20aの光軸に直交する平面上の配光エリアが円形状となるように複数の発光素子22aの配置及び波長変換層23の形状を設計してあるのが好ましい。要するに、光源20aは、液晶レンズ1の入射表面1aにおける配光エリアが円形状となるように複数の発光素子22aの配置及び波長変換層23の形状を設計してあるのが好ましい。ここで、複数の発光素子22aの配置については、発光素子22aの数や配光特性等を考慮して決定すればよい。波長変換層23は、平面視形状を円形状としてあるのが好ましい。
光源20aは、液晶レンズ1における第2透明基板3の、液晶レンズ1の厚さ方向に投影方向が沿った垂直投影領域(すなわち、液晶レンズ1の厚さ方向に直交する面への垂直投影領域)の外周線の内側に配置されているのが好ましい。図8では、液晶レンズ1における第2透明基板3及び複数の第2透明電極6の、液晶レンズ1の厚さ方向に投影方向が沿った垂直投影領域の外周線を二点鎖線で示してある。
照明装置10は、図6に示すように、光源20aと液晶レンズ1とを収納する装置本体40を更に備えるのが好ましい。
装置本体40は、例えば、一面が開口した箱状(ここでは、逆円錐台状)に形成されているのが好ましい。装置本体40の材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、樹脂等を採用することができる。
上述の保護カバー50aは、装置本体40の一面を閉塞する形状に形成されているのが好ましい。
照明装置10aは、装置本体40と保護カバー50aとで構成される筐体の内部空間を不活性ガス雰囲気としてあるのが好ましい一態様である。不活性ガスとしては、例えば、N2ガス、Arガス、N2ガスとArガスとの混合ガス等が挙げられる。照明装置10aは、筐体の内部空間を真空雰囲気としてもよい。
図9は、照明装置10aを含む照明システム100を備えた制御システム200の概略構成図である。以下では、照明システム100及び制御システム200について図9〜18に基づいて説明する。
照明システム100は、照明装置10と、液晶レンズ1に加える電界の面内分布を制御する制御部110と、を備える。これにより、照明システム100は、配光制御の自由度を高めることが可能となる。
制御システム200は、車両300(図10A、11B、12A、13、15、16A及び16B等参照)に設けられる。車両300は、地上を走行する自動車である。ここで、照明装置10は、車両300の前照灯302として設けられる。より詳細には、車両300は、車両300の左前のコーナ部に搭載された前照灯302(以下、「左側前照灯302L」ともいう)と、右前のコーナ部に搭載された前照灯302(以下、「右側前照灯302R」ともいう)と、を備え、2つの照明装置10を備える。前照灯302は、車両用前照灯である。車両用前照灯は、車両300の前方を適切に照明するように設計された走行ビーム前照灯(main-beam headlight)を意味する。本明細書における車両300の左右は、その車両300の運転席に乗車する運転者から見た左右を意味する。以下では、説明の便宜上、左側前照灯302Lの照明装置10aを照明装置10Lと称し、右側前照灯302Rの照明装置10aを照明装置10Rと称することもある。また、以下では、説明の便宜上、照明装置10Lの光源20aを光源20Lと称し、照明装置10Rの光源20aを光源20Rと称することもある。また、以下では、説明の便宜上、照明装置10Lの液晶レンズ1を液晶レンズ1Lと称し、照明装置10Rの液晶レンズ1を液晶レンズ1Rと称することもある。
照明システム100は、例えば、車両300に設けられた制御装置201によって制御される。制御装置201は、例えば、車両300のエンジン制御用のECU(electronic control unit)等により構成することができる。制御システム200は、車両300のステアリングの操作角を検出するステアリング角センサ202と、車両300の車体301の姿勢角を検出するジャイロセンサ203と、車両300の前方を撮像するカメラユニット204と、を備える。制御システム200は、ステアリング角センサ202、ジャイロセンサ203及びカメラユニット204が、制御装置201に接続されている。カメラユニット204は、対向車400(図15参照)等を検知するために設けられている。制御装置201は、自動車の車載ネットワークであるCAN(controller area network)に接続するようにしてもよい。姿勢角は、水平面に対する車体301の傾斜角である。
制御部110は、光源20aを駆動する第1駆動回路(図示せず)と、液晶レンズ1を駆動する第2駆動回路(図示せず)と、を備えている。第1駆動回路は、光源20へ駆動電流を供給するように構成されている。第2駆動回路は、液晶レンズ1へ駆動電圧を供給するように構成されている。液晶レンズ1は、液晶レンズ1を4つの分割領域3abの、液晶レンズ1の厚さ方向に投影方向が沿った垂直投影領域で分割した第1レンズ領域11、第2レンズ領域12、第3レンズ領域13及び第4レンズ領域14(図9参照)を有しているとして表してある。第1レンズ領域11は、図2Aにおける上の分割領域3abにおける一群の第2透明電極6を備えている。第2レンズ領域12は、図2Aにおける右の分割領域3abにおける一群の第2透明電極6を備えている。第3レンズ領域13は、図2Aにおける下の分割領域3abにおける一群の第2透明電極6を備えている。第4レンズ領域14は、図2Aにおける左の分割領域3abにおける一群の第2透明電極6を備えている。
制御装置201は、前照灯302の制御モードとして第1制御モードと、第2制御モードと、第3制御モードと、を有している。第1制御モードは、ジャイロセンサ203により検出された車体301の姿勢角に基づいて前照灯302の配光を制御させるモードである。第2制御モードは、ステアリング角センサ202により検出された操作角に基づいて前照灯302の配光を制御させるモードである。要するに、第2制御モードは、AFS(Adaptive Front-lighting System)モードである。第3制御モードは、カメラユニット204による対向車の検出の有無に基づいて前照灯302の配光を制御させるモードである。
以下では、第1制御モードについて図10A、10B、10C、11A、11B、11C、12A、12B及び12Cに基づいて説明する。
図10A、11A及び12Aでは、車両300の前照灯302の配光中心を実線の矢印で模式的に示してある。図11A及び11Bでは、第1制御モードによる制御が行われない場合に車両300の前照灯302の配光中心を破線の矢印で模式的に示してある。図10B、11B及び12Bにおける複数の第2透明電極6のレイアウトは、光源20a側から見た複数の第2透明電極6のレイアウトである。図10B、11B及び12Bでは、電圧の印加されない第2透明電極6を破線で示し、電圧の印加される第2透明電極6を黒色で示してある。図10C、11C及び12Cでは、液晶レンズ1の縦断面に対応するように液晶4、第1透明電極5及び第2透明電極6を図示し、電圧の印加されない第2透明電極6を白色で示し、電圧の印加される第2透明電極6を黒色で示してある。また、図10C、11C及び12Cでは、液晶レンズ1を通る光線の進行経路を一点鎖線で模式的に示してある。
制御装置201は、第1制御モードの場合、例えば、図10Aに示すように車体301が傾いていなければ、図10Bに示すように液晶レンズ1の複数の第2透明電極6に電圧を印加せず、図10Cに示すように液晶レンズ1による配光特性を変化させない。
また、制御装置201は、第1制御モードの場合、車体301の姿勢角が、車体301が斜め下方に傾いていることを示す値であれば、第1透明電極5をグランドとして第1レンズ領域11の一群の第2透明電極6に電圧を印加する。これにより、制御システム200では、第1レンズ領域11による配光特性が制御されるので、運転者に対してより適切な配光を実現することが可能となる。
また、制御装置201は、第1制御モードの場合、車体301が斜め上方に傾いていることを示す値であれば、第1透明電極5をグランドとして第3レンズ領域13の一群の第2透明電極6に電圧を印加する。これにより、制御システム200では、第3レンズ領域13による配光特性が制御されるので、運転者に対してより適切な配光を実現することが可能となる。
以下では、第2制御モードについて図13、14A及び14Bに基づいて説明する。
図13では、車両300の前照灯302から照射される光の照射範囲を一点鎖線で模式的に示してあり、ステアリング角センサ202の出力に基づいて液晶レンズ1が図14Aに示すように制御された場合の照射範囲を二点鎖線で模式的に示してある。図14Aにおける複数の第2透明電極6のレイアウトは、光源20a側から見た複数の第2透明電極6のレイアウトである。図14Aでは、電圧の印加されない第2透明電極6を破線で示し、電圧の印加される第2透明電極6を黒色で示してある。図14Bでは、液晶レンズ1の横断面に対応するように液晶4、第1透明電極5及び第2透明電極6を図示し、電圧の印加されない第2透明電極6を白色で示し、電圧の印加される第2透明電極6を黒色で示してある。
ステアリング角センサ202の出力は、車両300の運転者によるハンドルの操作状況によって変化する。
制御システム200では、例えば図13に示すような道路500の右カーブで運転者がハンドルを右回りに回転操作すると、第2レンズ領域12による配光特性が制御されるので、運転車に対してより適切な配光を実現することができる。制御システム200では、道路500の左カーブにおいて運転車がハンドルを左回りに回転操作すると、第4レンズ領域14による配光特性が制御される。
以下では、第3制御モードについて図15、16A、16B、17A,17B、18A及び18Bに基づいて説明する。
図15では、カメラユニット204で対向車400が検知されたときの車両300の左側前照灯302L及び右側前照灯302Rから照射される光の照射範囲を二点鎖線で模式的に示してある。また、図15では、左側前照灯302Lの配光と右側前照灯302Rの配光との互いに重なっている部分を一点鎖線で模式的に示してある。図16Aでは、カメラユニット204により対向車400が検知されていないときの右側前照灯302Rの照射範囲を一点鎖線で模式的に示してある。図16Bでは、カメラユニット204により対向車400が検知されていないときの右側前照灯302Rの照射範囲を一点鎖線で模式的に示してある。また、図16Bでは、カメラユニット204により対向車400が検知され第3制御モードでの制御が行われたときの右側前照灯302Rの照射範囲を二点鎖線で模式的に示してある。図17Aにおける複数の第2透明電極6のレイアウトは、照明装置10Lにおいて光源20L側から見た複数の第2透明電極6のレイアウトである。図17Bにおける複数の第2透明電極6のレイアウトは、照明装置10Rにおいて光源20R側から見た複数の第2透明電極6のレイアウトである。図17A及び17Bでは、電圧の印加されない第2透明電極6を破線で示し、電圧の印加される第2透明電極6を黒色で示してある。図18Aでは、照明装置10Lにおける液晶レンズ1Lの縦断面に対応するように液晶4、第1透明電極5及び第2透明電極6を図示し、電圧の印加されない第2透明電極6を白色で示し、電圧の印加される第2透明電極6を黒色で示してある。図18Bでは、照明装置10Rにおける液晶レンズ1Rの縦断面に対応するように液晶4、第1透明電極5及び第2透明電極6を図示し、電圧の印加されない第2透明電極6を白色で示し、電圧の印加される第2透明電極6を黒色で示してある。また、図18A及び18Bでは、液晶レンズ1を通る光線の進行経路を一点鎖線で模式的に示してある。
制御システム200では、例えば図15に示すように車両300の右斜め前方に対向車400がある場合、カメラユニット204により対向車400が検知されると、右側前照灯302Rの照明装置10Rにおける第3レンズ領域13による配光特性が制御される。これにより、制御システム200では、対向車400に到達する光の光量を低減することが可能となり、対向車400の運転者が眩しく感じるのを抑制することが可能となる。
(実施形態2)
以下では、本実施形態の照明装置10bについて、図19に基づいて説明する。なお、実施形態1の照明装置10aと同様の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
以下では、本実施形態の照明装置10bについて、図19に基づいて説明する。なお、実施形態1の照明装置10aと同様の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
照明装置10bは、光源20bが実施形態1の照明装置10aの波長変換層23を備えていない点が、実施形態1の照明装置10aと相違する。また、照明装置10bは、光源20bと液晶レンズ1との間に偏光板60を備えている点、保護カバー50bが透光性材料と波長変換材料との混合体により形成されている点、が実施形態1の照明装置10aと相違する。
光源20bは、光源20aと同様、実装基板21と、複数の発光素子22aと、を備える。
保護カバー50bの透光性材料としては、透光性樹脂、ガラス等を採用することができる。保護カバー50bの波長変換材料としては、例えば、黄色蛍光体等を採用することができる。
照明装置10bは、光源20bと偏光板60とを組み合わせることにより、液晶レンズ1に対して異常光のみを入射させることができるように構成してある。
偏光板60は、非偏光を直線偏光に変える光学素子である。偏光板60は、入射した光を直交する偏光成分に分解し、一方の偏光成分を透過させ、他方の偏光成分を吸収する機能を有する。
本実施形態の照明装置10bでは、光源20bと液晶レンズ1との間に偏光板60を備えていることにより、液晶レンズ1において効率良く配光制御を行うことが可能となる。
(実施形態3)
以下では、本実施形態の照明装置10cについて、図20に基づいて説明する。なお、実施形態2の照明装置10bと同様の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
以下では、本実施形態の照明装置10cについて、図20に基づいて説明する。なお、実施形態2の照明装置10bと同様の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
照明装置10cは、光源20cが、発光素子22bとして、偏光特性を有する固体発光素子を採用している点が、実施形態2の照明装置10bと相違する。
偏光特性を有する固体発光素子としては、例えば、m面サファイア基板やm面GaN基板等の主表面が非極性面である基板を結晶成長用基板として用いて形成されたGaN系LEDや、半導体レーザ等を採用することができる。
本実施形態の照明装置10cでは、実施形態2の照明装置10bのような偏光板60を用いることなく、液晶レンズ1において効率良く配光制御を行うことが可能となる。
(実施形態4)
以下では、本実施形態の照明装置10dについて、図21に基づいて説明する。なお、実施形態2の照明装置10bと同様の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
以下では、本実施形態の照明装置10dについて、図21に基づいて説明する。なお、実施形態2の照明装置10bと同様の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
照明装置10dは、液晶レンズ1と保護カバー50bとの間に、液晶レンズ1において屈折された光線と光源20bの光軸となす角度を更に拡大させるための光学レンズ70を備えている点、が実施形態2の照明装置10bと相違する。
光学レンズ70は、例えば、発散レンズを採用することができる。発散レンズとしては、例えば、両凹レンズを採用することができる。
本実施形態の照明装置10dでは、液晶レンズ1と保護カバー50bとの間に光学レンズ70を備えていることにより、配光エリアの可変範囲を更に広げることが可能となる。
1 液晶レンズ
2 第1透明基板
3 第2透明基板
3a 表面
3aa 円
3ab 分割領域
3ac 中心
4 液晶
5 第1透明電極
6 第2透明電極
10a、10b、10c、10d 照明装置
20a、20b、20c 光源
30 レンズ
100 照明システム
110 制御部
2 第1透明基板
3 第2透明基板
3a 表面
3aa 円
3ab 分割領域
3ac 中心
4 液晶
5 第1透明電極
6 第2透明電極
10a、10b、10c、10d 照明装置
20a、20b、20c 光源
30 レンズ
100 照明システム
110 制御部
Claims (4)
- 第1透明基板と、前記第1透明基板に対向する第2透明基板と、前記第1透明基板と前記第2透明基板との間に配置された液晶と、前記第1透明基板と前記液晶との間に配置された第1透明電極と、前記第2透明基板と前記液晶との間に配置された複数の第2透明電極と、を備え、
前記複数の第2透明電極は、前記第2透明基板における前記第1透明基板側の表面において複数の分割領域に分けて配置されている、
ことを特徴とする液晶レンズ。 - 前記複数の分割領域は、円を分割した扇形状の領域であり、
前記扇形状の領域内で前記複数の第2透明電極における一群の第2透明電極が前記円の半径方向に沿って並んで配置されており、
前記一群の第2透明電極は、円弧状の形状であり、前記円の半径方向において前記円の中心から遠い第2透明電極ほど前記円の外周に沿った方向の長さが大きい、
ことを特徴とする請求項1記載の液晶レンズ。 - 光源と、前記光源から放射された光の配光を制御するレンズと、を備え、
前記レンズは、請求項1又は2記載の液晶レンズにより構成されている、
ことを特徴とする照明装置。 - 請求項3記載の照明装置と、前記液晶レンズに加える電界の面内分布を制御する制御部と、を備える、
ことを特徴とする照明システム。
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