JP2017193257A - 車両用照明方法および車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】 面内に輝度分布を形成しても色度分布の少ない照明を行うことができる車両用照明方法を提供する。【解決手段】車両用照明方法は、それぞれ蛍光体発光部を備えた複数の半導体発光素子が２次元状に配置され、車両用前照灯を構成する、半導体発光素子アレイと、この半導体発光素子アレイ面内に実現することを希望する輝度分布を設定し、この輝度分布によって生じる温度分布に由来する色度分布を少なくとも部分的に相殺する瞬時電流密度分布および、この瞬時電流密度分布において前記輝度分布を実現するデューティ分布とを有するパルス電流で半導体発光素子アレイを駆動する。【選択図】 図６−２

Description

本発明は、車両用照明方法および車両用灯具に関し、特に平面状発光領域内に配置された多数の発光ダイオードを用い、車両前方を照明する、車両用照明方法および車両用灯具に関する。

近年、車両用前照灯において、前方の状況、即ち対向車や前走車等の有無及びその位置に応じて配光形状をリアルタイムで制御する技術（ＡＤＢ adaptive driving beam等と呼ばれる）が注目されている。この技術によれば、例えば走行用の配光形状すなわちハイビームで走行中に、対向車を検出した場合に、前照灯に照射される領域の内、当該対向車の領域に向う光のみをリアルタイムで低減することが可能となる。ドライバに対しては常にハイビームに近い視界を与え、その一方で対向車に対して眩惑光（グレア）を与えることを防止できる。

また、ハンドルの舵角に合わせて進行方向の配光を調整する前照灯システム（ＡＦＳ adaptive front-lighting system 等と呼ばれる）が一般化されつつある。配光形状を、ハンドルの舵角に合わせて、左右方向に移動させることにより、進行方向の視界を広げることができる。

このような配光可変型の前照灯システムは、例えば多数の発光ダイオード（ＬＥＤ light emitting diode）をアレイ状に並置した発光ダイオード装置を用い、各発光ダイオードの導通／非導通（オン／オフ）並びに導通時の投入電力（従って輝度）をリアルタイムで制御することによって実現することができる。

マトリクス状に配置され、独立に点灯制御可能な多数のＬＥＤチップのアレイと、該ＬＥＤチップアレイから放出された光の光路上に配置された投影レンズとを備え、該ＬＥＤチップアレイの点灯パターンを制御することにより、前方に所定の配光パターンを形成するように構成された車両用前照灯装置が提案されている（例えば特開２０１３−５４８４９号）。以下、この提案の概要を説明する。

図１１Ａは、放熱機構を有する支持基板２１１上に、複数のＬＥＤ２１２をマトリクス状に配置し、前方に投影レンズ２１０を配した車両用前照灯の要部を側方から見た図である。

図１１Ｂは、複数のＬＥＤ２１２をマトリクス状に配置した状態を正面から見た図である。このようにマトリクス状に配置した複数のＬＥＤ（以下、「マトリクスＬＥＤ」と呼ぶことがある。）を含む光源を車両前方に向け、その前方に投影レンズを配置した光学系は、ＬＥＤの輝度分布を前方に投射する。

図１１Ｃは、前照灯システムの概略構成を示すブロック図である。前照灯システム２００は、左右それぞれの車両用前照灯１００、配光制御ユニット１０２、前方監視ユニット１０４等を備えている。車両用前照灯１００は、マトリクスＬＥＤを含む光源と、投影レンズと、それらを収容する灯体とを有する。

車載カメラ１０８、レーダ１１０、車速センサ１１２等の各種センサが接続されている前方監視ユニット１０４は、センサから取得した撮像データを画像処理し、前方車両（対向車や先行車）やその他の路上光輝物体、区画線（レーンマーク）を検出し、それらの属性や位置等、配光制御に必要なデータを算出する。算出されたデータは車内ＬＡＮ等を介して配光制御ユニット１０２や各種車載機器に発信される。

車速センサ１１２、舵角センサ１１４、ＧＰＳナビゲーション１１６、前照灯スイッチ１１８等が接続されている配光制御ユニット１０２は、前方監視ユニット１０４から送出されてくる路上光輝物体の属性（対向車、先行車、反射器、道路照明）、その位置（前方、側方）と車速に基づいて、その走行場面に対応した配光パターン（輝度分布）を決定する。配光制御ユニット１０２は、その配光パターンを実現するために必要な、マトリクスＬＥＤの各ＬＥＤの制御内容（点消灯、投入電力等）を決定する。ドライバ１２０は、配光制御ユニット１０２からの制御量の情報を、駆動装置や配光制御素子の動作に対応した命令に変換すると共にそれらを制御する。

車両用ヘッドランプは、中心部（配光中心）で輝度が高く、周辺に向って輝度が低下していく輝度分布を形成する必要がある。半導体発光素子アレイを用いた車両用ヘッドランプの場合は、各半導体発光素子の駆動電力を制御することによって輝度を調整し、所望の輝度分布を形成することが可能である。

輝度を調整するために、駆動電流を変化させることが考えられる。しかし、駆動電流を変化させると、色度も変化してしまう。視野内の色度が変化すると、観察者に違和感を与えてしまう。色調の変化を少なくするために、瞬時駆動電流値を一定とし、パルス幅を変化させることによって電力を調整し、輝度分布を形成することが提案されている（例えば特開２００９−２２４１９１号）。ドットマトリクス光源がパルス点灯部と直流点灯部とを含む場合は、直流点灯部の素子の瞬時駆動電流値もパルス点灯部の１素子の瞬時駆動電流値と同じにすると教示されている。

特開２０１３−５４８４９号公報 特開２００９−２２４１９１号公報

車両前方の照明は、ドライバにとって良好な視界を確保するために、また、ドライバに違和感を与えないために、所望の輝度分布を有し、かつ色度を均一にした白色光で行うことが望まれる。半導体白色発光素子は、通常、半導体発光素子に蛍光体を搭載した構成を有し、駆動電力を制御することによって輝度を調整することができる。半導体発光素子は、温度によって発光効率が変化し、搭載されている蛍光体の光変換効率にも温度依存性がある。このため、半導体白色発光素子の色度は温度によって変化してしまう。

車両前方の照明は中心部で高く、周辺に向って低下する輝度分布を形成することが望まれる。半導体白色発光素子アレイを用い、瞬時駆動電流値を同一とする場合、デューティを制御して、投入電力分布を形成する。投入電力に応じて発熱量も分布する。アレイ面内において、発熱、放熱が均一とはならない。このため、温度分布が形成される。この温度分布によって半導体白色発光素子アレイ面内に色度分布が形成されてしまう。

半導体白色発光素子アレイの発光パターンをレンズ等で投影して配光パターンを形成するヘッドランプにおいては、半導体白色発光素子アレイ面内で形成された色度分布によって、配光パターンにも色度分布が形成される。ドライバの視界内において色度が異なってしまい、ドライバに違和感を与えてしまう。

実施例の目的は、半導体発光装置の発光面内に所望の輝度分布を形成し、温度分布が形成されたとしても、色度分布の少ない配光パターンを実現できる車両用照明方法および車両用灯具を提供することである。

本発明の実施例によれば、
光源と制御装置を含んで構成される車両用灯具であって、
前記光源は、それぞれ蛍光体発光部を備えた複数の半導体発光素子が２次元状に配置された半導体発光素子アレイを含み、
前記制御装置は、駆動電流のパルス高制御とパルス幅制御を同時に行えるパルス電源を含み、前記半導体発光素子アレイが、１方向に関して、中心部で高く、周辺に向って低下する輝度分布を形成するように、投入電力分布を制御しつつ、該輝度分布の中心部で高く、周辺に向って低下する色度分布を形成するようにパルス高分布を制御することができる、
車両用灯具
が提供される。

輝度分布に基づく中心部で高く周辺に向った低くなる温度分布によって形成される中心部で低く周辺に向って高くなる色度分布を、パルス高制御による瞬時電流密度分布による、中心部で高く周辺に向って低くなる色度分布で補正することができる。

図１は、望まれる視野内の配光パターン、およびその水平、垂直方向に沿う輝度分布を示すグラフである。 図２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイの概略平面図である。 図３は、同一電流密度で駆動した時の、白色ＬＥＤの色度の温度依存性を示すグラフである。 図４は、白色ＬＥＤの色度の（瞬時）電流密度依存性を示すグラフである。 図５は、パルス駆動波形の例を示すグラフである。 及び 図６Ａは、実施例による、発光ダイオードアレイを用いた車両用前照灯装置の構成を概略的に示すブロック図、図６ＢはＬＥＤアレイを含む光源の構成を概略的に示す断面図、図６Ｃは駆動電流パルスの決定プロセスを示すチャートである。 図７Ａは、ＬＥＤアレイの制御回路の構成を概略的に示す等価回路図、図７Ｂは，所望の輝度分布、瞬時電流密度分布、パルス波形のデューティ分布の関係を概略的に示すグラフである。 図８は、実施例による、ＬＥＤアレイのパルス駆動電流波形群を示すグラフである。 図９は、発光ダイオードアレイの他の構成例を示す概略的平面図である。 図１０は、発光ダイオードアレイのさらに他の構成例を示す概略的平面図である。 図１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、従来技術による、車両用前照灯の要部側面図、発光ダイオードアレイの平面図、車両用前照灯システムのブロック図である。

ＬＰ 配向パターン、 ＬＣ 配光中心、 ＢＰｈ 水平方向輝度分布、
ＢＰｖ 垂直方向輝度分布、 Ｈ 水平軸、 Ｖ 垂直軸、
２ 発光ダイオード、 ２１ 対外センサ、 ２２ 車内センサ、
２４ メモリ、 ２６ 中央演算装置、 ２７ 点灯回路、
２８ 前照灯（ＬＥＤアレイ）， ２９，３０ ＬＥＤアレイ、
３１，３２ 検出部、 ３４ 放熱部、 ３６ 投影光学部、
５１ パルス電源、
１００ 車両用前照灯、 １０２ 配光制御ユニット、
１０４ 前方監視ユニット、 １０８ 車載カメラ、 １１０ レーダ、
１１２ 車速センサ、 １１４ 舵角センサ、
１１６ ＧＰＳナビゲーション、 １１８ 前照灯スイッチ、
１２０ ドライバ、 ２００ 前照灯システム、
２１０ 投影レンズ、 ２１１ 支持基板、 ２１２ ＬＥＤ。

図１は、車両用ヘッドランプから発する光束に望まれる、中央付近で輝度が高く、周辺に向って輝度が低下していく配光パターンの例を示す概略図である。前方に向う配光パターンＬＰの中央部より下方に、高輝度の配光中心ＬＣが水平方向に延在して形成されている。車両用前照灯では、夜間の運転者の視界を確保するために、その配光パターンＬＰは一般的に水平方向に延在する配光中心ＬＣを最高輝度として、周辺に向って徐々に低下する輝度分布が望ましい。配光中心ＬＣの近傍を中心部と呼ぶことがある。水平（Ｈ）軸に平行な輝度分布ＢＰｈを配光パターンＬＰの上方に示す。前方の道路表面を最大輝度とし、左右に移るにつれて輝度が低下する。

水平軸中央での垂直（Ｖ）軸に平行な輝度分布ＢＰｖを配光パターンＬＰの右側に示す。前方の道路表面を最大輝度の配光中心ＬＣとし、道路面上ではある程度の輝度が保たれる。上方に向うと輝度は大幅に低下する。認識すべき対象のない領域を高い輝度で照明すると、エネルギを浪費することになる。

車両用ヘッドランプの光源として、半導体白色発光素子アレイを用いることができる。例えば多数の半導体白色発光素子をマトリクス（行列）状に配置し、各半導体白色発光素子の輝度を調整することにより所望の輝度分布を形成する。半導体白色発光素子は、例えば青色発光ダイオードの表面上方に黄色発光の蛍光体層を有し、白色発光する機能を有する。

制限的ではないが、例えば、本出願人の提案による、特開２０１４−２３２８４１号の実施例の欄に開示されたＧａＮ系半導体発光素子、特願２０１４−２３７４４２号の実施例の欄に開示されたＧａＮ系半導体発光素子、特願２０１５−８４６１２号の実施例の欄に開示したＧａＮ系半導体発光素子等を用いることができる。

図２は、発光ダイオードがマトリクス状に配置された発光ダイオードアレイ２８の例を示す概略平面図である。発光領域内に、同一形状の発光ダイオード２がマトリクス状（例えば、８行ｘ３０列程度である。簡略化した５行×１３列で示す。）に配置されたアレイ２８を示している。垂直方向に５行のセグメントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅが並び、中心より下方のセグメントＤに配光中心が形成される。配光中心は、視野の幾何学的中心より下方になる、前方の道路面上に対応する位置に配置される。

車両用前照灯の配光パターンは、運転者の正面を最高輝度とし、周辺に行くほど輝度が低下する輝度分布となる、図１に示すような輝度分布を実現することが望ましい。図1に示すような輝度分布を形成するには、中心部の投入電力を高くし、周辺に向うに従って投入電力を低減することになる。投入電力の制御は、典型的には、電流密度は一定とし、パルス幅変調、又は周波数変調におけるデューティ制御によって行う。中心部においてデューティを高くすれば投入電力を高くでき、周辺部においてデューティを低くすれば投入電力を低くすることができる。

中心部では投入電力が大きいために発熱量が大きくなり、外周に向かうに従い、投入電力の低下に伴って発熱量が小さくなる。また、半導体発光素子アレイの中心部の熱は面内方向に拡散しにくいのに対し、周辺部においては外周に向かうに従って、周辺への熱の拡散が容易になる。従って、半導体発光素子アレイは、中心部の温度が高く、周辺部では外周に向うに従って温度が低下することになる。

計算による温度分布の例では、中心部（Ｄ）の温度は１１５℃、周辺部（Ａ）の温度は８５℃になる。中心部と周辺部との間に、３０℃の温度差が形成されることになる。半導体発光素子の温度が変化すると、発光の色度が変化する。同一サイズの半導体発光素子を並置してアレイを構成し、同一の電流密度で駆動した場合、デューティ分布により温度分布が形成され、この温度分布により色度分布が発生してしまう。

図３は、ＩｎＧａＮを活性層とするＧａＮ系半導体発光素子（ＬＥＤ）を用い、蛍光体波長変換層としてＹＡＧ(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)を用いた白色ＬＥＤの場合の、同一の駆動電流で駆動した場合の半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）の温度に対する、ＬＥＤの発光の色度の変化の例を示すグラフである。横軸がＬＥＤの温度を単位℃で示し、縦軸がＬＥＤからの発光の色度を単位Ｃｘで示す。

横軸を右方向に向かう（温度が上昇する）と、縦軸の色度は低下する。温度が５０℃付近では温度上昇による色度の減少率は小さいが、温度上昇と共に色度の減少率は増加している。例えば１００℃以上の温度領域では、１０℃の温度上昇により約０．００１Ｃｘ以上の色度低下が生じる。１１５℃の中心部（Ｄ）は、約０．３２７３Ｃｘの色度となり、８５℃の周辺部（Ａ）は、約０．３３０３Ｃｘの色度となる。中心部は温度が高く、色度が低くて青色味が強く、周辺部は温度が低く、色度が高くて黄色味が強くなる。

繰り返しになるが、図１に示すように視野の中心部で輝度を高くし、周辺部に向うに従って輝度を低下させる場合、輝度の高い中心部は、投入電力を高くする必要がある。中心部の投入電力を高くすると、温度が上昇し、色度は低下する。周辺部に向って投入電力が減少すると、温度が低下し、色度が高くなる。温度が高く、色度が低い中心部は青色味が強く、温度が低く、色度の高い周辺部は黄色味が強くなる。輝度分布の形成により、温度分布を介して、色度分布（色ムラ）が生じることになる。

半導体発光素子は駆動電流密度によって発光強度が変化し、蛍光体の変換効率は励起光強度によって変化する。従って、駆動電流密度を変化させる場合、ＬＥＤ放射光の色度は、駆動電流密度に依存して変化する。

図４は、半導体発光素子としてＩｎＧａＮを活性層とするＧａＮ系半導体を用い、波長変換層としてＹＡＧを用いた白色ＬＥＤの場合のＬＥＤ放射光色度の電流密度依存性を示すグラフである。横軸が電流密度を単位（Ａ／ｃｍ^２）で示し、縦軸が色度を単位（Ｃｘ）で示す。電流密度は周期内の平均値ではなく、瞬時電流密度である。瞬時電流密度が増加すると、色度は減少する傾向を示す。瞬時電流密度を変化させることにより、色度を調整することができる。

従来、単一の半導体発光素子アレイ内で瞬時駆動電流密度を変化させることはしていない。駆動電流密度を変化させると、電源の構成が複雑化する。単一の瞬時駆動電流密度を採用して電源の構成を簡単にしている。投入電力は、デューティ制御によって、調整している。この場合、上述のように色度分布が生じてしまう。

図５は、パルス電源による種々のパルス電流波形の例を示す。上から４つの電流波形Ｐ１〜Ｐ４は、従来の方式による、瞬時電流密度を固定して、各周期内のデューティを変化させる電力制御を示す。波形Ｐ１は、連続する周期内で電流波形が連続する、直流駆動の状態を示す。波形Ｐ１のデューティは１００％である。次の波形Ｐ２は、電流波形のデューティを８０％に減少している。波形Ｐ３、Ｐ４においては、電流波形のデューティを、６０％、４０％とさらに減少している。電流密度を固定し、デューティを制御すると、デューティに応じて投入電力が制御され、投入電力に応じて輝度が制御される。電流パルスのデューティ制御により、視野内に所望の輝度分布を実現することができる。

中心部から周辺部に向って徐々に低下する輝度分布を実現するように投入電力を制御すると、投入電力に応じて中心部で高く周辺部に向って徐々に低下する温度分布を形成することになる。温度分布が生じると、図３に示したように色度が変化し、温度の高い中心部で低く、温度の低い周辺部で高い色度分布が発生し、観察者に違和感を与えてしまう。色度を均一化することが望まれる。

周辺部の輝度は中心部の輝度より低くする必要はあるが、電流密度は制限されない。周辺部の電流密度を上げれば、図４に示されるように色度を下げることができる。温度分布により、色度がΔＣｘ高くなってしまう場合、色度を−ΔＣｘ下げる瞬時電流密度を選定すれば、色度を均一化することができると考えられる。デューティを調整することにより、輝度も調整できる。

デューティを変化させずに電流密度を高くすると、投入電力が増えて、輝度を高くしてしまうが、中心部の波形に対して、瞬時電流密度を比α（＞１）と高くしつつ、デューティーを比β（＜１／α）と、より低くすれば、投入電力は（α＊β）＜［α＊（１／α）］＝１となり、中心部の投入電力より低くすることができる。

図５の残りの２つの電流波形ＰＨ１，ＰＨ２は、電流波形Ｐ１〜Ｐ４の瞬時電流密度の５０％増し、１００％増しの瞬時電流密度を有する。波形ＰＨ１，ＰＨ２のデューティは、波形Ｐ４のデューティの１００％、５０％、波形Ｐ３のデューティの約２／３、１／３に相当する。波形Ｐ３と波形ＰＨ１との供給電力がほぼ等しく、波形Ｐ４と波形ＰＨ２との供給電力がほぼ等しい。瞬時電流密度を高くしても、デューティを低くすることにより、供給電力を所定の値に保つことができる。以下、実施例による車両用照明方法および車両用灯具（ヘッドランプ）を説明する。

図６Ａは、実施例による車両用ヘッドランプの構成を概略的に示すブロック図である。対外センサ２１は、カメラ、レーダ等を含み、主に前方の先行車、対向車等の情報を取込み、検出部３１が対向車両,先行車両等の前方車両情報を検出する。車内センサ２２は、車内の信号配線などから自車速信号、操舵角信号等の自車両信号等を取込み、検出部３２が自車情報を検出する。メモリ２４は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を含み、ヘッドランプの特性、外部状況等、前照灯システムの制御に必要な情報を記憶する。点灯回路２７Ａ，２７Ｂは前照灯２８Ａ，２８Ｂを駆動するパルス電力を供給する。前照灯２８Ａ，２８Ｂは、それぞれ半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを含んで構成される。

中央演算装置（ＣＰＵ）２６は、メモリ２４から供給される、ＬＥＤアレイの規格等の情報、望ましい輝度分布等の情報と、検出部３１，３２から供給される外部環境等の情報とに基づき、種々の演算を行って、前照灯２８Ａ，２８Ｂを駆動する駆動電流パルスを決定する。なお、中央演算処理装置２６は、前方車両情報等に基づき、対向車両に向う光を抑制するＡＤＢを行うことができ、自車両信号等に基づき、これから移動しようとする領域への照明光を増加するＡＦＳ等を行うことができる。

図６Ｂは、ＬＥＤアレイ２８の取り付け部分の構成を概略的に示す。ＬＥＤアレイ２８は放熱部３４に支持され、発生する照射光を反射鏡、レンズ等の投影光学部３６を介して、車両前方に投影する。

図６Ｃは、主にＣＰＵ２６で行われる、駆動電流パルスの決定プロセスを示すチャートである。まず、ステップＳ１において、前照灯の半導体発光素子（ＬＥＤ）アレイの素子分布、発光特性等の情報を設定する。続くステップＳ２において、ＬＥＤアレイ内に形成すべき希望輝度分布を設定する。

ステップＳ３において、この輝度分布によって生じる温度分布を算出する。ステップＳ４において、この温度分布において色度分布が最小となる瞬時電流密度分布を算出する。ステップＳ５において、この瞬時電流密度分布において前記輝度分布を実現するデューティー分布を算出する。

ステップＳ６において、ステップＳ４で得られた瞬時電流密度とステップＳ５で得られたデューティとを有する電流パルスによって、半導体発光素子アレイを駆動する。

ステップＳ２の輝度分布を構成し、ステップＳ４で得られた瞬時電流密度が、色度を均一化する。視野内の色度分布を抑制することにより、観察者の受ける違和感が減少する。

なお、上記のようなステップは組み込まれたＣＰＵ２６で都度行い、素子駆動に反映させることに限らず、あらかじめ算出されたデータを呼び出すことで素子駆動に反映させてもよい。

図７Ａは、ＬＥＤアレイの駆動回路の構成例を概略的に示す等価回路図である。図６Ａの点灯回路２７と前照灯２８とを合わせた部分となる。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの５行のＬＥＤは縦方向に並んで配列され、複数の発光ダイオード列ＬＥＤＣを構成している。１列５つのＬＥＤを含む発光ダイオード列ＬＥＤＣ内において、カソードは共通に接続され、共通カソードはスイッチＳＷ２を介して共通接地面ＧＲに接続されている。パルス電源５１は、それぞれパルス高さ（瞬時電流密度）とパルス幅（デューティ）との両方を制御できるパルス電流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５を供給する。なお、パルス電源５１の接地端子は、共通接地面ＧＲと接続されている。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの５行のＬＥＤのアノードは各行独立に引き出され、パルス電源５１内のそれぞれ別個のパルス電源から、ＬＥＤアレイの各発光ダイオード列ＬＥＤＣに所望瞬時電流密度、所望デューティを付与された電流パルスを供給することができる。

図７Ｂは，垂直方向に沿った、所望の輝度分布ＢＰ、この輝度分布を実現する瞬時電流密度ＩＪ、パルス電流のデューティＤＴの関係を概略的に示すグラフである。まず、視野中心で高く、上下周辺に向うに従って低くなる所望パターンの輝度分布ＢＰを設定する。瞬時電流密度ＩＪとデューティＤＴとの積が投入電力を決め、投入電力により輝度が決まる。

輝度分布に対応する投入電力分布により、温度分布が形成され、温度分布に伴う色度分布が生じることになる。温度分布による色度分布を矯正するように、パルス電流の瞬時電流密度ＩＪを、視野の中心部で最も低く、周辺に向うにつれて高く設定する。中心部では、瞬時電流密度ＩＪが低く設定されることにより色度が高くなり（図４参照）、温度が高いことに基づいて色度が低くなる傾向（図３参照）を相殺できる。周辺部では、瞬時電流密度ＩＪが高く設定されることにより色度が低くなり（図４参照）、温度が低いことに基づいて色度が高くなる傾向（図３参照）を相殺できる。

このように求められた瞬時電流密度ＩＪに乗算して、所望の輝度ＢＰを実現するデューティＤＴを求める。瞬時電流密度ＩＪとデューティＤＴとの積が、輝度ＢＰに相当する。

図７Ｂに示すように、周辺部に向って高くなるパターンの瞬時電流密度ＩＪに乗算して、周辺部に向って低くなるパターンの輝度ＢＰの分布を実現するには、パルス電流のデューティＤＴの分布は、周辺部に向って、輝度ＢＰの分布より大きな減衰率で、減少するパターンとなる。中心部から周辺部に向って、徐々に低下する輝度分布より、大きな減衰率で低下するデューティの分布は、本実施例の特徴となる。

図８は、パルス電源５１から発光ダイオード列ＬＥＤＣに供給される瞬時電流密度波形ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥを、比較例と共に、示すグラフである。例として、図２に示す５行Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥのＬＥＤに供給する瞬時電流密度波形を示す。

実施例による波形を実線で示し、比較例による波形を破線で示す。比較例は、瞬時電流密度を固定しており、実施例は瞬時電流密度を変化させて色度の変化を抑制する。輝度分布を形成するように供給電力を制御し、Ｄ行のＬＥＤが最も高温の１１５℃になり、Ａ行のＬＥＤが最も低温の８５℃になり、Ｄ行に隣接するＣ行，Ｅ行のＬＥＤが１０５℃になり、Ｂ行のＬＥＤが９５℃になるとする。

実施例によれば、中心部に対する瞬時電流密度と較べ、周辺部に向うに従って、温度低下による色度の増加を補償するように、瞬時電流密度を増大し、所望の輝度低下を実現するように、デューティを短縮している。

破線で示す比較例の瞬時電流密度波形と較べると、波形ＰＤ以外では、瞬時電流密度ＩＪが高く、デューティが短くなっている。駆動電力は比較例と同様である。中心部のＬＥＤに対する瞬時電流密度波形ＰＤは、比較例の瞬時電流密度波形と同一である。中心部以外の周辺部の瞬時電流密度波形は比較例の瞬時電流密度波形より電流密度ＩＪが高く、デューティが狭く（短く）なり、同一の電力を供給しつつ、色度を均一化する。

図８において、中心部（Ｄ行）に対する周辺部（Ａ行）の温度の低下分約３０℃によって生じる色度差、０．００３Ｃｘを補正するために周辺部（Ａ行）の瞬時電流密度を、（Ｄ行の瞬時電流密度の）１．７倍と大きくしている。Ａ行の電流密度が１．７倍され、色度を−０．００３Ｃｘシフトすることとなり、アレイ全体の色度分布の均一性が向上する。Ｂ行の温度は、Ｄ行の温度より約２０℃低く、色度差は、０．００２２Ｃｘとなる。Ｂ行の瞬時電流密度を、（Ｄ行の瞬時電流密度の）１．３倍とし、色度を−０．００２２Ｃｘ補正する。Ｃ行、Ｅ行の温度はＤ行の温度より約１０℃低く、０．００１２Ｃｘの色度差となる。Ｃ行、Ｅ行の瞬時電流密度を、（Ｄ行の瞬時電流密度の）１．１倍とし、色度を−０．００１２Ｃｘ補正する。

上記実施例においては、ＬＥＤアレイ２８の各発光素子は同一の寸法であるとした。実用上、視野の中心部には高い分解能が望まれても、通常、視野の周辺部には高い分解能は必要ない。例えば、視野中、上方領域の分解能はかなり粗くても問題は生じにくい。ＬＥＤアレイに含まれる発光素子の分布も適宜簡略化することが可能である。

図９は、上下周辺部のＬＥＤ２のサイズを大きくしたＬＥＤアレイ２９を概略的に示す平面図である。水平軸Ｈを付与された行Ｄが視野中心を構成する。行Ｄの高さが最も小さく、その上下の行Ｃ，Ｅの高さはわずかに増加している。行Ｃの上の行Ｂの高さは明らかに増加し、さらに上の行Ａの高さは大幅に増加している。視野中心の発光素子の密度を高く保つことにより、望まれる分解能を実現し、周辺部の素子高さを増大することにより、素子数を抑制できる。なお、ＡＦＳを実行する可能性も考慮し、ＬＥＤアレイの水平方向の寸法は一定とした。

図１０は、水平方向に関しても周辺部の分解能を減らしたＬＥＤアレイ３０を概略的に示す平面図である。垂直方向の行数は５を維持しているが、水平方向の列数は１１に減少させ、左右周辺部の素子の水平方向幅を増大している。視野中心の分解能は必要な値に保ちつつ、視野周辺部の分解能を下げることができる。構造の簡単化、制御の簡単化を可能とする。

以上実施例に沿って説明したが、これらは本発明を制限するものではない。図６Ｃに示したプロセスにおいては、投入電力分布、温度分布、色度分布、瞬時電流密度分布等を算出すると説明したが、サンプルを作成して、実際に測定を行ったり、計算とサンプルとの両方を用いたりすることもできる。

例えば、ステップＳ１における半導体発光素子アレイの特性は、サンプルを作製して測定した特性としてもよい。放熱部の構成が異なる複数のサンプルを作製してもよい。一旦ステップＳ１〜Ｓ６により瞬時電流密度分布、デューティ分布を求め、発光素子アレイを駆動して色度分布を測定し、得られた色度分布をさらに均一化するために望まれる瞬時電流密度分布を算出し、修正した瞬時電流密度分布に基づいて修正したデューティ分布を求めてもよい。これらをさらに繰り返してもよい。

また、瞬時電流量が一定の異なる複数の電源を用いてもよい。例えば、図２、９、１０の様な半導体発光素子アレイであって、Ａ，Ｂ行が比較的瞬時電流量が高い電源を用い、Ｃ，Ｄ，Ｅ行が比較的瞬時電流量が低い電源を用いる。その上で希望の輝度分布を実現するデューティ分布を夫々算出する。素子中心（Ｃ，Ｄ，Ｅ行に含まれる）の輝度が高く周辺に行くほど輝度を低くするという傾向に対して、このような構成であっても色度ばらつきを緩和させることができる。なお、走行状況によって輝度分布は変化させる場合がある。例えばカーブに差し掛かった場合輝度中心を曲がる方向に移動させる。この場合照射水平方向には輝度中心が大きく動き、垂直方向には大きな変化がない。よって、異なる電源は灯具の照射垂直方向にて異なる行で制御するのが好ましい。

説明中に用いた数値や材料は例示であり、制限的なものではない。要求される特性に応じて、種々の変更、置換等を行ってもよい。公知の均等物を置換してもよい。例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を半導体レーザとしてもよい。半導体レーザもダイオードであるので、ＬＥＤはレーザを含む概念とする。その他種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは、当業者に自明であろう。

Claims (13)

1. それぞれ蛍光体発光部を備えた複数の半導体発光素子が２次元状に配置され、車両用前照灯を構成する、半導体発光素子アレイと、この半導体発光素子アレイ面内に実現することを希望する輝度分布を設定し、
   この輝度分布によって生じる温度分布に由来する色度分布を少なくとも部分的に相殺する瞬時電流密度分布および、この瞬時電流密度分布において前記輝度分布を実現するデューティ分布とを有するパルス電流で半導体発光素子アレイを駆動する、
   車両用照明方法。
   
2. 前記瞬時電流密度分布は前記輝度分布において輝度が低い半導体発光素子の駆動パルスが、相対的に輝度が高い半導体発光素子の駆動パルスよりもパルス高さを高くすることによって形成する請求項１に記載の車両用照明方法。
   
3. 前記輝度分布は、１方向に関して、最も高輝度となる輝度中心から周辺部に向って徐々に減衰し、前記デューティ分布は前記輝度分布より大きな減衰率で輝度中心から周辺部に向って徐々に減衰する請求項２に記載の車両用照明方法。
   
4. 前記半導体発光素子アレイは、半導体発光素子が外界の水平方向、垂直方向に沿って行列状に整列した配置を有し、垂直方向に沿って輝度分布を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用照明方法。
   
5. 光源と制御装置を含んで構成される車両用灯具であって、
   前記光源は、それぞれ蛍光体発光部を備えた複数の半導体発光素子が２次元状に配置された半導体発光素子アレイを含み、
   前記制御装置は、駆動電流のパルス高制御とパルス幅制御を同時に行えるパルス電源を含み、前記半導体発光素子アレイが、１方向に関して、中心部で高く、周辺に向って低下する輝度分布を形成するように、投入電力分布を制御しつつ、該輝度分布の中心部で高く、周辺に向って低下する色度分布を形成するようにパルス高分布を制御することができる、
   車両用灯具。
   
6. 前記制御装置は、前記１方向に関して、中心部から周辺部に向って、徐々に減衰する輝度分布と、前記輝度分布より大きな減衰率で中心部から周辺部に向って減衰するデューティ分布を形成できる請求項５に記載の車両用灯具。
   
7. 前記半導体発光素子アレイは、半導体発光素子が外界の水平方向、垂直方向に沿って行列状に整列した配置を有し、前記１方向は垂直方向である、請求項５または６に記載の車両用灯具。
   
8. 前記複数の半導体発光素子は、ＧａＮ系活性層とＹＡＧ系蛍光体発光部を有する請求項５〜７のいずれか１項に記載の車両用灯具。
   
9. 前記半導体発光素子アレイの複数の半導体発光素子は、前記１方向に関して、周辺部の半導体発光素子が中心部の半導体発光素子より大きな面積を有する請求項５〜８のいずれか１項に記載の車両用灯具。
   
10. さらに、前方をモニターするセンサを有し、前記制御装置が前記センサからの信号に基づき、前記複数の半導体発光素子に供給する駆動電力を制御することができる請求項５〜８のいずれか１項に記載の車両用灯具。
    
11. 光源と制御装置を含んで構成される車両用灯具であって、
    前記光源は、それぞれ蛍光体発光部を備えた複数の半導体発光素子が２次元状に配置された半導体発光素子アレイを含み、
    前記制御装置は、パルス幅制御を行えるパルス電源を含み、前記半導体発光素子アレイが、１方向に関して、中心部で高く、周辺に向って低下する輝度分布を形成するように、投入電力分布を制御しつつ、該輝度分布の中心部で低く、周辺にて高いパルス高を形成する、
    車両用灯具。
    
12. 前記制御装置はパルス高の異なる複数の電源を有し、
    前記複数の電源の供給するパルスは、該輝度分布の周辺において中心よりもパルス高さが高い、
    請求項１１に記載の車両用灯具。
    
13. 輝度分布を形成する該１方向は垂直方向に照射される配向方向である請求項１１又は１２に記載の車両用灯具。

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