JP2019204715A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】組み込まれる車両のデザインに調和する車両用灯具を得る。【解決手段】当該車両用灯具は、電場および磁場の振動方向が規則的な光を出射する光出射装置と、前記光出射装置から出射された光の光路上に配置される投影光学系と、前記投影光学系を通過した光の光路上に配置され、偏光フィルタの機能を兼ね備えたカバーレンズと、前記光出射装置および前記投影光学系を収容し、前記カバーレンズとともに、灯室を画定するハウジングと、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、偏光フィルタの機能を兼ね備えたアウターレンズを含む車両用灯具に関する。

一般に、車両には、周辺（特に進行方向前方）を明るくするための照明装置（前照灯・ヘッドライト）が取り付けられる。車両用前照灯は、一般に、白色光を出射する光源と、光源を支持するハウジングと、光源の前方（光出射方向）に配置され、ハウジングとともに光源を囲って、光源を保護するアウターレンズと、を具備する。

特許文献１には、さらに液晶素子を具備した車両用前照灯が開示されている。液晶素子は、出射光の配光パターン（ハイビームおよびロービーム）を制御する。

近年、車両用の前照灯において、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。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。液晶素子は、ＡＤＢやＡＦＳの配光制御素子としても利用することが可能である。

特許文献２には、アウターレンズの内側に、ハーフミラーの機能を兼ね備えたインナーレンズを設けた車両用灯具が開示されている。特許文献２によれば、このような車両用灯具は、日中は自然光を反射する鏡として機能し、夜間は広範囲を明るくする照明として機能する、としている。

特開２０１０−１７６９８１号公報（特許第５４１８７６０号公報） 特開２００８−０６８６８０号公報（特許第４７５３３１０号公報）

通常、車両用前照灯、特にそのアウターレンズを車両のデザインに調和させようとした場合、アウターレンズに、ハーフミラーフィルムやスモークフィルム、カラーフィルムなどを貼付することが考えられる。しかし、この場合、光利用効率が低下する、白色光ではない特定波長の光（色付き光）が出射される、など、種々の問題が招来される。

本発明の主な目的は、車両のデザイン性向上に貢献する車両用灯具を提供することにある。

本発明の主な観点によれば、電場および磁場の振動方向が規則的な光を出射する光出射装置と、前記光出射装置から出射された光の光路上に配置される投影光学系と、前記投影光学系を通過した光の光路上に配置され、偏光フィルタの機能を兼ね備えたカバーレンズと、前記光出射装置および前記投影光学系を収容し、前記カバーレンズとともに、灯室を画定するハウジングと、を備える車両用灯具、が提供される。

車両のデザイン性が向上する。

実施例による車両用灯具（ヘッドライト）を示す断面図である。 カバーレンズの他の例を示す拡大断面図である。 図３ａおよび図３ｂは、偏光出射装置の他の例を示すダイアグラムである。

図１は、実施例による車両用前照灯（ヘッドライト）１００を示す断面図である。便宜のため、水平面を構成するＸ軸およびＹ軸、ならびに、それらに直交するＺ軸からなるＸＹＺ直交座標系を定義する。

ヘッドライト１００は、主に、光源１０、液晶素子（偏光変換素子）１８、および、投影光学系２２が、カバーレンズ３０およびハウジング４０により画定される灯室５０に収容された構成を有する。湾曲形状のカバーレンズ３０および容器状のハウジング４０は、各々の嵌合部３０ｃ，４０ｃが嵌合して、相互に連結している。各種構成要素は、直接的に、または、機構部材など介して間接的に、ハウジング４０に支持ないし固定されている。

光源１０は、たとえば、自然光（電場および磁場の振動方向がランダムな光）ＬをＸ軸に沿う方向に出射する半導体発光素子（ＬＥＤ）と、当該ＬＥＤから放出される熱を効率的に外部に放出する放熱板（ヒートシンク）と、を含む。ＬＥＤは、たとえば、青色光を出射する、窒化物系半導体材料を含む発光体と、当該青色光を吸収して、黄色光を放出するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）などの蛍光体と、を有し、全体として合成白色光を出射する。

光源１０から出射された白色光Ｌは、集光レンズ１２を通過して、偏光板（偏光子）１９に入射される。偏光板１９は、光源１０から出射された自然光のうち、たとえばＹ軸に沿う偏光成分のみを透過する。

なお、光源１０、集光レンズ１２および偏光板１９は、偏光（電場および磁場の振動方向が規則的な光）を出射する偏光出射装置６０とみなすことができる。偏光出射装置６０として、直接的に偏光を出射する、たとえばＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光型レーザ）などの半導体レーザを用いることもできる。また、後述するように、他の構成を有する偏光出射装置６２，６４（図３参照）を用いることもできる。

偏光板１９を透過した白色光（偏光）Ｌは、液晶素子１８に入射する。液晶素子１８は、複数の電極が設けられた一対の透明基板の間に、液晶材料が封入された構成である。

液晶素子１８は、少なくとも、入射光（偏光）を、その偏光方向を回転・変換せずに透過させるモードと、その偏光方向を回転・変換して透過させるモードと、を有する。それらのモードは、電極を介して液晶材料に印加される電圧の有無によって切り換わる。

液晶素子１８を透過した白色光Ｌは、偏光板（検光子）２０に入射される。偏光板１９は、液晶素子１８を透過した、たとえばＺ軸に沿う偏光成分のみを透過する。

なお、液晶素子１８および一対の偏光板１９，２０は、配光制御素子（光スイッチング素子）として機能する。たとえば、Ｚ軸負方向側（図中下方）により多くの光が出力されるように液晶素子１８を制御（電圧印加する電極を選択）することにより、ヘッドライト１００としていわゆるロービーム状態を実現することができる。逆に、Ｚ軸正方向側（図中上方）により多くの光が出力されるように液晶素子１８を制御（電圧印加する電極を選択）することにより、ヘッドライト１００としていわゆるハイビーム状態を実現することができる。

偏光板２０を透過した白色光Ｌは、投影レンズ２２およびガバーレンズ３０を通過して、ヘッドライト１００（灯室５０）の外部に出力される。カバーレンズ３０は、投影レンズ２２など灯室５０内に収容される各種構成要素を保護するとともに、偏光フィルタの機能も兼ね備えている。カバーレンズ３０の偏光軸は、偏光板（検光子）２０の偏光軸と同じ方向である。ここでは、カバーレンズ３０は、Ｚ軸に沿う偏光成分のみ透過する。

カバーレンズ３０は、たとえば、湾曲した形状の透光性樹脂プレート３２の内側（灯室５０側）に、偏光フィルム３４が貼付・圧着される構成である。なお、偏光フィルム３４は、樹脂プレート３２の外側に設けられてもよい。

樹脂プレート３２には、耐熱性や耐候性、耐衝撃性に優れる、たとえばポリカーボネートやアクリルなどの透光性樹脂部材が用いられる。樹脂プレート３２は、一般に、３次元的に湾曲した形状に成形される。

偏光フィルム３４には、光吸収型や光反射型などの偏光フィルムを用いることができる。なお、それら偏光フィルムに着色を施したカラー偏光フィルムを用いてもよい。

光吸収型の偏光フィルムとは、透過する偏光成分とは異なる偏光成分を吸収する、ヨウ素系や染料系などの一般的な偏光フィルムである。光反射型の偏光フィルムとは、透過する偏光成分とは異なる偏光成分を反射する、ワイヤーグリッド型や多層薄膜型（ＤＢＥＦ）などの偏光フィルムである。

このようなヘッドライト１００は、一般に、車両の前部（進行方向側）であって、左右両端部に組み込まれる。ヘッドライト１００は、照明装置として機能するとともに、特にそのカバーレンズ３０が車両の外観・外装デザインの一部を構成する。

ヘッドライト１００を取り付ける車両が、たとえば黒色を基調としたデザインである場合、カバーレンズ３０の偏光フィルム３４に、一般的な（着色されていない）光吸収型の偏光フィルムを用いる。この場合、ライト消灯時に、カバーレンズ３０は、車両のデザインに調和した薄い黒色（スモーク調）に視認される。

また、ヘッドライト１００を取り付ける車両が、たとえば金属色を基調としたデザインである場合、カバーレンズ３０の偏光フィルム３４に、一般的な（着色されていない）光反射型の偏光フィルムを用いる。この場合、ライト消灯時に、カバーレンズ３０は、車両のデザインに調和した薄い金属色（メタリック調）に視認される。

さらに、ヘッドライト１００を取り付ける車両が、たとえば赤色／青色／黄色を基調としたデザインである場合、カバーレンズ３０の偏光フィルム３４に、それぞれ赤色／青色／黄色に着色された光吸収型の偏光フィルムを用いる。この場合、ライト消灯時に、カバーレンズ３０は、車両のデザインに調和したそれぞれの色調に視認される。

このように、カバーレンズ３０に種々の偏光フィルム３４を設けることで、車両のデザイン性向上に貢献するヘッドライト１００が提供される。なお、ヘッドライト１００が照明装置として機能する際（ライト点灯時）には、上述したとおり、偏光化された白色光Ｌが外部に出力される。カバーレンズ３０によって、色付き光にされたり（特定波長の光のみ透過するようにフィルタリングされたり）、出射光強度が著しく低減することはない。実施例によるヘッドライトは、組み込まれる車両のデザインと調和しつつ、照明装置として適切に機能する。

なお、カバーレンズ３０の偏光フィルム３４は、樹脂プレート３２が衝撃により砕破した際に、その破片が飛散することを防止する。また、灯室５０内に入射する外光（太陽光）を減光して（所定の偏光成分、ここではＹ軸に沿う偏光成分を遮光して）、各種構成要素、特に入射光（外光）が集光する位置近傍に配置されうる液晶素子１８、が劣化することを抑制する。

図２は、カバーレンズの変形例３０ａを示す拡大断面図である。カバーレンズは、偏光フィルム３４が、樹脂プレート３２の内側面ないし外側面に貼付される構成であってもよいし、変形例３０ａのように、２枚の樹脂プレート３２，３６に挟持される、ないし、埋め込まれた構成であってもよい。偏光フィルム３２が樹脂プレート３２，３６により保護されるため、性能劣化の抑制や長期信頼性の向上等の効果が期待される。なお、樹脂プレート３６には、樹脂プレート３２と同様に、ポリカーボネートやアクリルなどの透光性樹脂部材が用いられる。

図３Ａおよび図３Ｂは、偏光出射装置の変形例６２，６４を示すダイアグラムである。偏光出射装置６２，６４は、偏光分離素子で分離される２種類の偏光の一方を、（１／２）λ位相差板を透過させることで偏光方向を約９０度回転させ、偏光方向を揃えた２種類の直線偏光を出力するものである。

ＬＥＤ光源１０から発せられた光Ｌ０は、コリメートレンズ１１で平行光束化され、ワイヤーグリッド偏光板（偏光分離素子）１３に入射する。ワイヤーグリッド偏光板１３で反射された光束Ｌ１は液晶素子１８に向い、ワイヤーグリッド偏光板１３を透過した光束Ｌ２はリフレクタ１６で反射され、液晶素子１８に向う。

図３Ａにおいて、ワイヤーグリッド偏光板１３の出力面に（１／２）λ位相差板１４が貼り付けられている。偏光板１３を透過した光は、ワイヤーグリッドのストライプ延在方向に直交する電気ベクトルを有する。位相差板１４を透過した光Ｌ２は、偏光方向が９０°回転し、ワイヤーグリッドのストライプ延在方向に平行な電気ベクトルを有する光となり、偏光板１３に反射した光Ｌ１の偏光方向と同じになる。

このため、両偏光Ｌ１，Ｌ２が、液晶素子１８内で受ける変調も同等になり、相乗的な出射光を得られる。液晶素子１８から光量が増加した変調光が得られ、投影レンズ２２の出力光も増加する。

なお、（１／２）λ位相差板１４はワイヤーグリッド偏光板１３の出力面と液晶素子１８の入力面との間に配置されればよい。例えば、破線で示すようにリフレクタ１６と液晶素子１８の入力面の間に配置してもよい。

図３Ｂにおいて、ワイヤーグリッド偏光板１３の反射面と液晶素子１８の入力面との間に（１／２）λ位相差板１４が配置される。偏光板１３に反射した光は、ワイヤーグリッドのストライプ延在方向に平行な電気ベクトルを有する。位相差板１４を透過した光Ｌ１は、偏光方向が９０°回転し、ワイヤーグリッドのストライプ延在方向に直交する電気ベクトルを有する光となり、偏光板１３を透過した光Ｌ２の偏光方向と同じになる。

このため、両偏光Ｌ１，Ｌ２が、液晶素子１８内で受ける変調も同等になり、相乗的な出射光を得られる。液晶素子１８から光量が増加した変調光が得られ、投影レンズ２２の出力光も増加する。

ＬＥＤ光源および偏光板から構成される偏光出射装置６０（図１参照）では、ＬＥＤ光源から発せられる光の利用効率が高いとは言えない（少なくとも５０％以下）。偏光出射装置６２，６４を用いることにより、ＬＥＤ光源から発せられる光の利用効率を高めることができる。

以上、実施例に沿って、本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、偏光板２０（図１参照）は設置されなくてもよい。偏光板２０が設置されない場合、偏光フィルタの機能を備えるカバーレンズ３０が検光子の役割を果たす。ただし、カバーレンズ３０を検光子として利用する場合、ヘッドライト１００としての種々の光学特性が低下する可能性がある。このため、偏光板２０は設置されているほうが好ましい。その他、種々変更、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。

１０…ＬＥＤ光源、１１…コリメートレンズ、１２…集光レンズ、１３…偏光分離素子、１４…位相差板、１６…リフレクタ、１８…液晶素子（偏光変換素子）、１９…偏光板（偏光子）、２０…偏光板（検光子）、２２…投影レンズ、３０…カバーレンズ（アウターレンズ）、３２…樹脂プレート、３４…偏光フィルム、３６…樹脂プレート、４０…ハウジング、５０…灯室、６０，６２，６４…偏光出射装置、１００…車両用灯具（ヘッドライト）。

Claims (5)

1. 電場および磁場の振動方向が規則的な光を出射する光出射装置と、
   前記光出射装置から出射された光の光路上に配置される投影光学系と、
   前記投影光学系を通過した光の光路上に配置され、偏光フィルタの機能を兼ね備えたカバーレンズと、
   前記光出射装置および前記投影光学系を収容し、前記カバーレンズとともに灯室を画定するハウジングと、
   を備える車両用灯具。
2. 前記カバーレンズは、偏光フィルムと、前記偏光フィルムを挟み込む透光性樹脂プレートと、を含む請求項１記載の車両用灯具。
3. さらに、前記光出射装置と前記投影光学系との間に配置され、該光出射装置から出射された光の偏光方向を変換することができる偏光変換素子と、を備える請求項１または２記載の車両用灯具。
4. さらに、前記偏光変換素子と前記投影光学系との間に挿入される偏光板と、を備える請求項３記載の車両用灯具。
5. 前記光出射装置は、
   電場および磁場の振動方向がランダムな光を出射する光源と、
   前記光源から出射された光を、第１の偏光成分を有する第１の光、および、第２の偏光成分を有する第２の光、に分離する偏光分離素子と、
   前記第１の光の偏光成分を、第２の偏光成分に変換する位相差板と、
   を含む請求項１〜４いずれか１項記載の車両用灯具。

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