JP2017134918A - 車両用前照灯装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 低消費電力で多様な配光パターンを出力することができる車両用前照灯装置を提供する。
【解決手段】 車両用前照灯装置１は、複数の発光素子を配置して構成されたアレイ光源５と、アレイ光源５から出力された光を集める集光レンズ７と、複数の発光素子の発光量を個別に変更する発光量変更手段と、集光レンズ５から入射される光を複数のミラー素子により反射する集合ミラー（デジタルミラー８）と、集合ミラーで反射された光の配光パターンを所定の照射領域Ｓに投影する投影レンズ９と、複数の発光素子の発光量とミラー素子の傾倒態様を制御して、配光パターンの照度分布を変更する制御部３と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用前照灯装置に関する。
従来、車両の夜間走行時のハイビームが先行車や対向車の運転手を眩惑させないようにするため、車両前方を撮影するカメラが先行車や対向車を検出した場合に、ハイビームを照射しないようにライトによる配光パターンを制御することが行われている。
一方、このとき、ハイビームが照射されない領域にある障害物や歩行者をカメラで検出できなくなる可能性があることから、配光パターンの照度分布や照射範囲を周囲環境や道路状況に合わせて変化させる技術も知られている。
例えば、下記の特許文献１の車両用前照灯では、１つの可視光源からの光を、複数のマイクロミラーが配列されたミラーデバイスにより車両の前方に反射させている。そして、各マイクロミラーの反射角度を変更することにより所要の配光パターンを形成する（特許文献１／段落００２２，００２３，図１，３）。
特開２０１５−１７４５５１号公報
しかしながら、特許文献１の車両用前照灯は、高照度の領域を確保するために１つの光源を常時、高照度で作動させているので、消費電力が大きいという問題があった。また、特許文献１において高照度の領域を所望の位置に形成するためには、所望の位置の配光を担うマイクロミラー以外のマイクロミラーの反射角度を変更し、配光パターンの外側に光を反射させる（一部の光を減光させる）方法が考えられる。換言するならば、他の領域よりも相対的に照度の高い領域を形成することで高照度領域を実現しているので、高照度領域を形成するために光の損失が不可避である。このような光の損失を防ぐためには、複数の光源からの光をミラーデバイスに照射する必要があった。
また、複数の発光素子を有する光源ユニットと、光源ユニットからの光を反射して走査する、回動可能なミラーユニットを備えた車両用前照灯も提案されている（例えば、特許第５２２１１７４号）。しかし、照明領域の水平方向を広範囲に亘って走査するには、ミラーをある程度大きく回動させる必要がある。そのため、ミラーユニットの回動機構に係る負荷は非常に大きなものとなり、実際の製品化は難しいと考えられる。
一般的に、車両用前照灯は、上下方向の配光制御よりも水平方向（左右方向）への配光制御の方が、動作頻度が高い傾向があるので、水平方向の光の走査をミラーユニットの回動機構に担わせること自体、ミラーユニットの故障の可能性を高めることとなる。
また、同文献では、光源像（光源の発光面）をそのまま水平方向に走査しているので、左右方向の配光制御はミラーユニットで制御できるものの、上下方向の配光制御はミラーユニットで制御できない。換言するならば、上下方向の配光制御は、光源ユニットの点消灯が担っていることとなる。このため、上下方向における配光制御の解像度が光源像の大きさに依存することとなり、上下方向における配光の細かな制御が困難である。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低消費電力かつ故障の可能性が低い構成で、所望の位置に高照度領域を形成することができる車両用前照灯装置を提供することを目的とする。
本発明は、車両の前方を照射する車両用前照灯装置であって、複数の発光素子と、前記複数の発光素子の発光面を平面上に配置して構成されたアレイ発光面と、前記複数の発光素子の発光量を個別に変更する発光量変更手段と、前記アレイ発光面の光を集める集光光学部材と、傾倒可能な複数のミラー素子を配列して構成され、前記集光光学部材から入射される光を各ミラー素子により反射する集合ミラーと、前記集合ミラーで反射された光の配光パターンを所定の照射領域に投影する投影光学部材と、前記発光量変更手段を介して前記複数の発光素子の発光量を個別に制御する処理と、前記集合ミラーの複数のミラー素子の傾倒態様を制御する処理との少なくとも何れか一方を実行して、前記配光パターンの照度分布を変更する制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明では、アレイ発光面から出力された光が集光光学部材で集められ、集合ミラーに入射する。そして、集合ミラーは、集光光学部材から入射された光を投影光学部材に向けて反射する。
このとき、制御部は、アレイ発光面を構成する複数の発光素子の発光量（オン、オフを含む）を個別に切替え、集合ミラーを構成する複数のミラー素子の傾倒態様を制御することにより、照度が異なる領域を有する配光パターンを形成する。この場合、各発光素子の発光量は、要求される配光パターンの照度分布に応じて増減するので、低照度領域を形成する発光素子の消費電力を低減させることができる。
本発明の車両用前照灯装置において、前記アレイ発光面の発光素子は、前記配光パターンの水平方向を担う向きに並べられていることが好ましい。
この構成によれば、アレイ発光面の発光素子が配光パターンの水平方向を担う向きに並べられていることで、照射領域の照度分布を車両前方の物体等の状況に合わせて適切に制御することができる。
また、本発明の車両用前照灯装置において、前記アレイ発光面と前記集光光学部材の間に配置された、光を拡散する拡散板を備えることが好ましい。
この構成によれば、拡散板をアレイ発光面と集光光学部材の間に配置するので、アレイ発光面から出力された光が拡散板に照射され、拡散光が集光光学部材を通過して集合ミラーに入射するようになる。
また、本発明の車両用前照灯装置において、前記拡散板は、蛍光体が塗布された透過型の蛍光体板であることが好ましい。
この構成によれば、アレイ発光面から出力された光が蛍光体板に照射され、蛍光体板を透過した光が集光光学部材を通過して集合ミラーに入射する。アレイ発光面の発光素子間の隙間が配光パターンを形成する際にダークとなる場合があるが、蛍光体板を透過させることで、アレイ発光面の光は僅かに広がる。そして、集光光学部材に入射する際には光の欠落部が減少し、最終的に、照射領域に良好な配光パターンを形成することができる。
また、本発明の車両用前照灯装置において、前記車両の前方に存在する物体を検知する物体検知部を備え、前記制御部は、前記物体の検知状況に基づいて、前記集合ミラーの所定箇所に配置された複数のミラー素子の傾倒態様を調整することにより、特定部分の照度を低下させた配光パターンを形成することが好ましい。
この構成によれば、物体検知部が車両の前方にある物体を検知した場合、制御部は、集合ミラーの所定箇所に配置されたミラー素子の傾倒態様を調整することで、集合ミラーに入射した光の一部を投影光学部材がない方向に導くことができる。これにより、特定部分の照度を低下させた配光パターンを形成することができ、例えば、歩行者が存在する領域は照度を高くし、先行車や対向車がいる領域は照度を低くすること等が可能となる。
本発明の実施形態の車両用前照灯装置の構成を示す図。 アレイ光源の発光素子の配置を示す図。 デジタルミラーの全体斜視図。 各ＬＥＤの制御により形成される配光パターン（１）。 各ＬＥＤの制御により形成される配光パターン（２）。 各ＬＥＤの制御により形成される配光パターン（３）。 各ＬＥＤの制御により形成される配光パターン（４）。 カメラによる撮像画像の例。 照射領域に形成される配光パターンの例。
以下、本発明の実施形態の車両用前照灯装置について説明する。
図１は、車両用前照灯装置１の構成図である。車両用前照灯装置１は、車両に搭載して使用され、主に光学系装置２と、制御装置３と、撮像装置４とで構成される。車両用前照灯装置１では、まず、車両の前方（例えば、バックミラーのフロントガラス側）に設けられた撮像装置４が、車両前方の画像を撮像する。そして、制御装置３は、画像情報を取得、解析して、光学系装置２を制御する。これにより、車両の前方を所定の配光パターンで照射する。
光学系装置２は、アレイ光源５と、蛍光体板６と、集光レンズ７と、デジタルミラー８と、投影レンズ９とで構成され、これらの部材がケーシング１０内に収納されている。アレイ光源５は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を一列に配置して、１つのパッケージに収めたものである。
アレイ光源５（本発明の「アレイ発光面」）を構成するＬＥＤ（本発明の「発光素子」）は、後述する光源制御部１３（本発明の「発光量変更手段」）によりそれぞれオン、オフ及び光量を個別に制御することができる。例えば、ＬＥＤが３個並べられている場合、中央のＬＥＤの光量に対して、両脇のＬＥＤを光量３０％というように制御することができる。
蛍光体板６は、アレイ光源５と集光レンズ７の間に配置される。蛍光体板６は、アレイ光源５から出力された光に照射されると蛍光を発する性質がある。アレイ光源５のＬＥＤ間には僅かな隙間があるが、蛍光体板６を置くことで光径が拡大した状態で、アレイ光源５から出力された光が集光レンズ７に入射する。なお、蛍光体板６は、本発明の「拡散板」の一例である。
集光レンズ７（本発明の「集光光学部材」）は、アレイ光源５（又は蛍光体板６）とデジタルミラー８の間に配置される。アレイ光源５から入射する光は放射角の広がりをもつが、集光レンズ７（直径１０ｍｍ）を通ることで集められ、デジタルミラー８に入射する。図１において、集光レンズ７は凸レンズであるが、コリメータレンズとの組合せで使用することもできる。また、集光レンズ７に代えて、カセグレン式等の反射光学系を用いることもできる。
デジタルミラー８（本発明の「集合ミラー」）は、集光レンズ７から入射した光を反射させて、主に投影レンズ９に向けて出射する。デジタルミラー８は、それぞれ傾倒可能に設けられた複数のミラー素子をアレイ状に配列した構造となっている。各ミラー素子の傾倒態様（反射角度）は、後述するアクチュエータ制御部１４により制御することができる。
投影レンズ９（本発明の「投影光学部材」）は、デジタルミラー８と照射領域Ｓの間に配置される。デジタルミラー８から入射した光は、投影レンズ９（直径２５ｍｍ）とケーシング１０の透光カバー１０ａを通過して、車両前方の照射領域Ｓに結像される。なお、光学系装置２は、少なくとも車両前方の左右にそれぞれ搭載されている。
制御装置３（本発明の「制御部」）は、少なくともコントローラ１１と、メモリ１２と、光源制御部１３と、アクチュエータ制御部１４とで構成される。コントローラ１１は、撮像装置４の車両前方の撮像画像信号基づいて配光パターンを演算し、演算した配光パターンで照射領域Ｓに光を照射する制御信号を、光源制御部１３及びアクチュエータ制御部１４へ出力する。
メモリ１２は、コントローラ１１が演算実行時に所定のデータを一時記憶するために使用されるＲＡＭ、コントローラ１１が実行するプログラムデータを記憶しているＲＯＭ及び所定の不揮発性記憶装置を含む。
光源制御部１３は、光学系装置２のアレイ光源５のオン、オフの切替え及び発光量の変更と、アレイ光源５に供給する駆動電力を制御する。また、アクチュエータ制御部１４は、光学系装置２のデジタルミラー８に駆動電力を供給すると共に、各ミラー素子の傾倒態様を調整する。
撮像装置４（本発明の「物体検知部」）は、車両前方を撮像可能なものであればよい。例えば、可視光と赤外線とを撮像可能なデジタルカメラが挙げられるが、車両の衝突防止等の目的で歩行者や障害物を監視するカメラを兼用していてもよい。
次に、図２に、アレイ光源５の全体図を示す。
アレイ光源５は、１ｍｍ角の大きさのＬＥＤ５ａ〜５ｃ（例えば、波長４６０ｎｍ）で構成され、各ＬＥＤは、配光パターンの水平方向を担う向きに並べられている。
また、ＬＥＤ５ａ〜５ｃは、僅かな隙間を開けてＬＥＤ用パッケージ５ｄに収められている。ここで、ＬＥＤ間の僅かな隙間は、そのまま照射領域Ｓに投影され、配光パターンにダークが生じてしまうことがある。このため、アレイ光源５と集光レンズ７の間に蛍光体板６を配置して光を滲ませ、集光レンズ７に導いている。これにより、最終的に照射領域Ｓ上の配光パターンには、ＬＥＤ間の隙間によるダークがなくなる。なお、蛍光体板６に代えて、拡散板を用いても同様の効果を達成することができる。この場合、ＬＥＤ５ａ〜５ｃの発光面に蛍光体が個別に配置され、更にその前方に拡散板が配置される。
アレイ光源としては、例えば、０．５ｍｍ角の合計１５個のＬＥＤ（３×５の配置）で構成された、より大きなアレイ光源であってもよい。また、ＬＥＤの波長も適宜、変更可能である。
次に、図３に、デジタルミラー８の全体斜視図を示す。
デジタルミラー８は、数十μｍ角のミラー素子が配列されたミラー部８ａ（約１０ｍｍ×３０ｍｍ）が、ミラー用パッケージ８ｂに収められている。各ミラー素子は、入射した光を２方向（例えば、＋１２°又は−１２°）に反射させることができる。
光学系装置２では、ミラー素子が入射した光を一方向に反射させたとき、光が投影レンズ９の方向に進むので、配光パターンを形成する光となる。また、ミラー素子が入射した光をもう一方の方向に反射させたとき、光は投影レンズ９から外れるので、配光パターンを遮蔽する遮光パターンを形成する。
すなわち、アクチュエータ制御部１４によりミラー素子の傾倒態様を制御することで、照射領域Ｓに様々な配光パターンを形成することができる。また、アレイ光源５から出力される光は、蛍光体板６を透過することで多少の広がりをもってデジタルミラー８に入射するが、アクチュエータ制御部１４がミラー素子を細かく制御することで、最終的な配光パターンがぼやけてしまうこともない。
次に、図４Ａ〜４Ｃ及び図５を参照して、各ＬＥＤの制御により形成される配光パターンについて説明する。
アレイ光源５のＬＥＤ５ａ，５ｂ，５ｃは、車両前方の照射領域Ｓに異なる照度の配光パターンを形成する。ＬＥＤ５ａのみを点灯させた場合の配光パターンは、図４Ａに示すように、照射領域Ｓの左サイドが高照度領域となり、中央部へいくほど照度が低くなって、右サイドは照度がゼロとなる。
また、ＬＥＤ５ｂのみを点灯させた場合の配光パターンは、図４Ｂに示すように、照射領域Ｓの中央部が高照度領域となり、両サイドへいくほど照度が低くなる。ＬＥＤ５ｃのみを点灯させた場合の配光パターンは、図４Ｃに示すように、照射領域Ｓの右サイドが高照度領域となり、中央部へいくほど照度が低くなって、左サイドは照度がゼロとなる。
ＬＥＤ５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれの光量を調整して配光パターンを形成することもできる。例えば、ＬＥＤ５ｂの光量に対して、ＬＥＤ５ａ，５ｃの点灯度合いを共に３０％とした場合、中央部が高照度領域となり、両サイドへいくほど滑らかに照度が低い分布となる。このように、ＬＥＤの光量を個別に変化させることで、高照度領域を移動させることができる。また、照度が低くてよい領域については、ＬＥＤをオフとしたり、光量を抑えることで、消費電力の低減にもつながる。
図５には、ＬＥＤ５ａ，５ｂ，５ｃを全て点灯させた場合の配光パターンを示す。この場合、照射領域Ｓは、両端の僅かな領域を除いてほぼ全域が高照度領域となる。また、図示はしないが、何れか２つのＬＥＤを点灯させ、１つを消灯させたり、その状態で各ＬＥＤの光量を調整することにより、多様な配光パターンを形成することができる。
最後に、図６Ａ，６Ｂを参照して、照射領域Ｓに形成される配光パターンについて説明する。
まず、図６Ａに、撮像装置４で車両前方を撮像した撮像画像Ｒの例を示す。図６Ａは、撮像装置４が先行車Ｖと歩行者Ｐを検知した場合であり、撮像画像Ｒの中央部に先行車Ｖ、その左側に歩行者Ｐが表示されている。
撮像装置４は、例えば、車両両脇のライトから前方にある物体が車両であると判断し、２本の足や頭の形から前方にあるもう一つの物体が人間であると判断する。このとき、車両用前照灯装置１では、アレイ光源５から光が出力され、照射領域Ｓに配光パターンを形成するまでの一連の処理が行われる。
次に、図６Ｂに、今回の撮像画像Ｒを解析して形成された配光パターンの例を示す。物体のない、撮像画像Ｒの両脇に対応する部分は、照度を低くしてよいので、ここでは、ＬＥＤ５ｂの光量に対して、ＬＥＤ５ａ，５ｃの点灯度合いを３０％としている。
また、撮像画像Ｒのうち先行車Ｖが存在する領域は、先行車Ｖの運転手に眩惑を与えないようにするため、車両の上半部分の照度を低下させている。具体的には、制御装置３のアクチュエータ制御部１４は、アレイ光源５から出力された光の一部が投影レンズ９に入射しないように、デジタルミラー８の一部のミラー素子の傾倒態様を調整する。これにより、先行車Ｖの上半部分の領域を暗部（遮光パターン）とすることができる。
さらに、歩行者Ｐが存在する領域は、ある程度照度を高くして、運転手から歩行者Ｐの動きを見えるようにする必要がある。歩行者Ｐがいる領域は、照度を低くしたＬＥＤ５ａに対応する領域であるが、アクチュエータ制御部１４によりミラー素子の傾倒態様を制御することで光を集める。このように、車両用前照灯装置１では、車両前方の物体の検知状況に応じて、適切な配光パターンを形成することができる。
以上のように、この車両用前照灯装置１は、複数のＬＥＤを配置して構成されたアレイ光源５から出力された光を集光レンズ７で集め、複数のミラー素子を配列して構成されたデジタルミラー８で反射し、投影レンズ９を通して照射領域Ｓに配光パターンを形成する。このとき、車両用前照灯装置１の制御装置３は、ＬＥＤの発光量及びデジタルミラーを制御して、配光パターンの照度分布を変更する。これにより、低消費電力で多様な配光パターンを出力することができる。
上記実施形態は、本発明の実施形態の一例であり、これ以外にも様々な変形例が考えられる。例えば、図２のアレイ光源のＬＥＤ配置（１×３）以外にも、要求される配光パターンの大きさや解像度に応じて、ＬＥＤ配置を変更することができる。また、光ファイバを多数束ねた、複数の発光面からなる光源を用いてもよい。このような光源によっても、各発光面の光のオン、オフや光量の個別の制御が可能である。
蛍光体板６は、車両用前照灯装置１の必須の構成ではなく、蛍光体板６がなくても配光パターンの形成は可能である。なお、蛍光体板６を用いる場合には、蛍光体板６がアレイ光源５と接するように配置されることが好ましく、この場合、光量の損失が小さくなる。
１…車両用前照灯装置、２…光学系装置、３…制御装置（制御部）、４…撮像装置（物体検知部）、５…アレイ光源（アレイ発光面）、５ａ，５ｂ，５ｃ…ＬＥＤ（発光素子）、５ｄ…ＬＥＤ用パッケージ、６…蛍光体板、７…集光レンズ（集光光学部材）、８…デジタルミラー（集合ミラー）、８ａ…ミラー部、８ｂ…ミラー用パッケージ、９…投影レンズ（投影光学部材）、１０…ケーシング、１０ａ…透光カバー、１１…コントローラ、１２…メモリ、１３…光源制御部（発光量変更手段）、１４…アクチュエータ制御部。

Claims (5)

  1. 車両の前方を照射する車両用前照灯装置であって、
    複数の発光素子と、
    前記複数の発光素子の発光面を平面上に配置して構成されたアレイ発光面と、
    前記複数の発光素子の発光量を個別に変更する発光量変更手段と、
    前記アレイ発光面の光を集める集光光学部材と、
    傾倒可能な複数のミラー素子を配列して構成され、前記集光光学部材から入射される光を各ミラー素子により反射する集合ミラーと、
    前記集合ミラーで反射された光の配光パターンを所定の照射領域に投影する投影光学部材と、
    前記発光量変更手段を介して前記複数の発光素子の発光量を個別に制御する処理と、前記集合ミラーの複数のミラー素子の傾倒態様を制御する処理との少なくとも何れか一方を実行して、前記配光パターンの照度分布を変更する制御部と、を備えることを特徴とする車両用前照灯装置。
  2. 請求項１に記載の車両用前照灯装置において、
    前記アレイ発光面の発光素子は、前記配光パターンの水平方向を担う向きに並べられていることを特徴とする車両用前照灯装置。
  3. 請求項１又は２に記載の車両用前照灯装置において、
    前記アレイ発光面と前記集光光学部材の間に配置された、光を拡散する拡散板を備えることを特徴とする車両用前照灯装置。
  4. 請求項３に記載の車両用前照灯装置において、
    前記拡散板は、蛍光体が塗布された透過型の蛍光体板であることを特徴とする車両用前照灯装置。
  5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用前照灯装置において、
    前記車両の前方に存在する物体を検知する物体検知部を備え、
    前記制御部は、前記物体の検知状況に基づいて、前記集合ミラーの所定箇所に配置された複数のミラー素子の傾倒態様を調整することにより、特定部分の照度を低下させた配光パターンを形成することを特徴とする車両用前照灯装置。
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