JP2020140934A - 移動体用照灯 - Google Patents

Abstract

【課題】光路上に液晶素子を配置することによって光束を制御する移動体用照灯を小型化する。【解決手段】入射光を２つの偏光に分離し、偏光の両方を利用する移動体用照灯１００であって、偏光の一方の第１光路Ｓ１上に配置された液晶素子１４ａと、偏光の他方の第２光路Ｓ２上に配置された液晶素子１４ｂと、入射光を偏光に分離するビームスプリッタ１２と、を備え、ビームスプリッタ１２は、金属格子層からなるワイヤーグリッド構造を有する移動体用照灯１００とする。【選択図】図１

Description

本発明は、移動体用照灯に関する。

近年、自動車の前照灯として対向車や前走車等の状況に応じて配光のパターンを制御することが可能な配光可変灯（ＡＤＢ：Ａｄｏｐｔｉｖｅ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｂｅａｍ）が採用されている。特に、迅速に光束を透過又は遮断することができる液晶素子を使用した配光可変灯が知られている。

例えば、光源から出射された光を偏光された２つの部分光路に分離し、第１部分光路上に第１液晶マスク、第１偏光フィルタ及び第１レンズを配置し、第２部分光路上に第２液晶マスク、第２偏光フィルタ及び第２レンズを配置し、第１レンズと第２レンズとを異なる焦点距離とした自動車前照灯が開示されている（特許文献１）。

特開２０１７−２１２２１０号公報

ところで、液晶素子によって配光パターンを変更できる移動体用照灯は自動車を含めて様々な用途に適用することが予想されている。特許文献１の自動車前照灯は、第１部分光路と第２部分光路が平行に配置されるため、両部分光路を取り囲むためのスペースを必要とするため大型化する点で問題となる。したがって、移動体用照灯を小型化することが必要とされている。

本発明の１つの態様は、入射光を２つの偏光に分離し、前記偏光の両方を利用する移動体用照灯であって、前記偏光の一方の光路である第１光路上に配置され、液晶素子を含み当該偏光を反射する第１の反射型光学素子と、前記偏光の他方の光路である第２光路上に配置され、液晶素子を含み当該偏光を反射する第２の反射型光学素子と、前記入射光を前記偏光に分離するビームスプリッタと、を備え、前記ビームスプリッタは、金属格子層からなるワイヤーグリッド構造を有することを特徴とする移動体用照灯である。

ここで、前記第１の反射型光学素子に含まれる前記液晶素子及び前記第２の反射型光学素子に含まれる前記液晶素子の少なくとも一方は内部に反射層を含む反射型液晶素子であることが好適である。

また、前記第１の反射型光学素子に含まれる前記液晶素子及び前記第２の反射型光学素子に含まれる前記液晶素子の少なくとも一方は透過型液晶素子であり、前記透過型液晶素子の背面に反射層が配置されていることが好適である。

また、前記液晶素子は、ＶＡ方式であることが好適である。

また、前記第１光路上及び前記第２光路上の少なくとも一方に前記液晶素子に対する視角補償板が配置されていることが好適である。

また、前記液晶素子は、複屈折方式であることが好適である。

また、前記液晶素子は、低温ポリシリコン層からなる駆動素子によって液晶が駆動されることが好適である。

また、光路上に偏光吸収層が配置されていることが好適である。

また、前記ビームスプリッタは、前記入射光を２つに分離する第１の偏光ビームスプリッタ、偏光吸収層、第２の偏光ビームスプリッタが連続して配置された構成を有することが好適である。

また、前記偏光吸収層は、シリコン（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）を含む吸収体からなるワイヤーグリッド偏光子を含むことが好適である。

また、前記偏光吸収層は、２色性染料で染色した延伸ＰＶＡ層からなることが好適である。

本発明によれば、光路上に液晶素子を配置することによって光束を制御する移動体用照灯を小型化することができる。

本発明の実施の形態における移動体用照灯の構成を示す図である。 変形例１における移動体用照灯の構成を示す図である。 変形例２における移動体用照灯の構成を示す図である。 変形例３における移動体用照灯の構成を示す図である。 変形例３におけるビームスプリッタの構成を示す図である。

本発明の実施の形態における移動体用照灯１００は、図１に示すように、光源１０、ビームスプリッタ１２、液晶素子１４（１４ａ，１４ｂ）、レンズ１６を含んで構成される。

移動体用照灯１００は、自動車等の移動体に搭載され、移動体の移動方向を照らす前照灯等に利用される。特に、車両に取り付けられたカメラやその他のセンシングにより対向車や前走車等の位置状況等に応じて配光のパターンを制御することが可能な配光可変灯（ＡＤＢ）として機能する。これにより対向車等へ照射を遮光し、眩しさを防ぎつつ、道路や通行人など照射部はハイビームに近い視界を得ることができる。

光源１０は、移動体用照灯１００から照射される光を出力する部材である。光源１０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、ハロゲンランプ、高圧水銀ランプ（ＨＩＤ）等とすることができる。光源１０は、偏光されていない光からなる略平行で拡散しない光束を出力する。

ビームスプリッタ１２は、光源１０からの光束を２つに分離する光学素子である。すなわち、ビームスプリッタ１２に入射した光の一部は反射され、残りの一部は透過する。本実施の形態において、ビームスプリッタ１２は、光源１０から入射された光を互いに直交する偏光成分に分離できる偏光ビームスプリッタとする。ビームスプリッタ１２は、金属格子層からなるワイヤーグリッド偏光子を含んで構成することができる。

ワイヤーグリッド偏光子は、基板上のワイヤーの単一の周期的な配列である。そのワイヤーの周期が光の波長の概ね半分より大きいときには、グリッドは、回折格子として振る舞う。配線の周期が光の波長の概ね半分より小さいときには、グリッドは、偏光子として振る舞う。ワイヤーグリッド偏光子は、金属ナノワイヤーをグリッド状に配置した偏光子である。ワイヤーグリッドを構成する材料としては、例えば、アルミニウム、銀、銅、クロム、チタン、ニッケル、タングステン及び鉄などの金属又はこれらの合金が使用できる。ワイヤーグリッド偏光子は、例えば、高さ数１０〜数１００ｎｍのアルミニウムを１００ｎｍ程度のピッチで細線状に並べて配置した構成とすることができる。ワイヤーグリッド偏光子は、グリッドの長手方向と直交する方向に振動する光は透過し、グリッドの長手方向と平行な方向に振動する光は反射する。

ワイヤーグリッド偏光子は吸収層を備えることができる。吸収層は、偏光板が設けられた視認側から入射する光の少なくとも一部を吸収する特性を有する吸収層とする。吸収層は、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）が挙げられ、例えば、アモルファスシリコン層とすることができる。

移動体用照灯１００では、ビームスプリッタ１２は、光源１０から出射される光の光路に対して４５°傾斜して配置される。ビームスプリッタ１２は、光源１０から入射された光を紙面に垂直な偏光成分（図中、ドット印で示す）に分離して４５°に反射させて第１光路Ｓ１に出射すると共に、光源１０から入射された光を紙面に平行な偏光成分（図中、ライン印で示す）に分離して光の入射方向に沿った第２光路Ｓ２に透過させる。ただし、このような構成に限定されるものではなく、ビームスプリッタ１２は光源１０から入射された光の偏光成分を異なる方向に分離するものであればよい。

液晶素子１４は、液晶層の配向状態を電界によって制御することで、入射偏光の状態を変化させることができる反射型液晶素子である。液晶素子１４は、特に限定されるものではないが、ＶＡ方式、ＴＮ−ＥＣＢ方式等の駆動タイプとすることができる。液晶素子１４は、内部に反射層を備え、駆動素子によって電極に印加される電圧を調整することにより、液晶層における液晶の配向状態を制御し、液晶素子から反射された光がビームスプリッタ１２を透過する状態と透過しない状態とに切り替えることができる。なお、液晶素子１４は、低温ポリシリコン層によって液晶の駆動素子を構成することが好適である。

液晶素子１４は、多数の液晶セル（画素）を二次元マトリックス上に配置し、それぞれの液晶セル（画素）を入射する光を反射する状態と反射しない状態との間で遷移させることができる構成とすることが好適である。したがって、液晶素子１４によって第１光路Ｓ１の光の反射率及び第２光路Ｓ２の光の反射率を制御して自由な形状及び強度の光として出射させることができる。

移動体用照灯１００では、２つの液晶素子１４ａ，１４ｂが設けられる。液晶素子１４ａは、ビームスプリッタ１２によって分離された偏光の一方の第１光路Ｓ１上に配置される。液晶素子１４ｂは、ビームスプリッタ１２によって分離された偏光の他方の第２光路Ｓ２上に配置される。液晶層の電圧制御により、入射偏光に対して液晶素子１４ｂの液晶層に位相差が発現していないとき、液晶素子１４ｂの中の反射層で反射され液晶素子の前面から出射した光は、入射した光の偏光方向と同じ方向である。第１光路Ｓ１に沿って液晶素子１４ａに入射した光は、液晶素子１４ａの前面から出射しても紙面に垂直な偏光成分を有する光のままであり、ビームスプリッタ１２で反射するのでレンズ１６へは入射されない。また、第２光路Ｓ２に沿って液晶素子１４ｂに入射した光も、液晶素子１４ｂの前面から出射しても紙面に平行な偏光成分を有する光のままであり、ビームスプリッタ１２で反射されずレンズ１６へは入射されない。

液晶層への電圧制御によって液晶素子１４に１／２波長の位相差を発現させたとき、液晶素子１４の中の反射層で反射され液晶素子の前面から出射する。当該出射した光は、入射した光の偏光方向から９０度回転した偏光方向を有する光となる。すなわち、第１光路Ｓ１に沿って液晶素子１４ａに入射した光は、液晶素子１４ａの前面から出射すると紙面に平行な偏光成分（図中、ライン印で示す）を有する光となり、ビームスプリッタ１２を透過してレンズ１６へ入射される。また、第２光路Ｓ２に沿って液晶素子１４ｂに入射した光は、液晶素子１４ｂの前面から出射すると紙面に垂直な偏光成分（図中、ドット印で示す）を有する光となり、ビームスプリッタ１２で４５°に反射されてレンズ１６へ入射される。

また、液晶層への電圧制御により中間的な配向状態にすることにより入射光が変化しない状態と９０度回転させたときの中間状態を作り出すこともできる。この場合レンズ１６に入射される光の明るさも中間状態となる。

レンズ１６は、透過する光を拡大投影させる光学素子である。

移動体用照灯１００では、光源１０と液晶素子１４とを制御することによって光の照射位置、照射範囲及び照射強度を適切に変更することができる。例えば、移動体用照灯１００を自動車の前照灯として搭載した場合、対向車、前走車等や歩行者等の状況に応じて、対向車や前走者には照射せず、歩行者等には照射するといった配光のパターンを制御することが可能な配光可変灯（ＡＤＢ）として利用することができる。これにより対向車への眩しさを抑えることができ、一方で道路や歩行者への視認性を高くすることができる。

また、移動体用照灯１００を小型化することができ、これに伴って製造コストを低減するだけでなく、軽量化、少電力化することができる。また、液晶素子１４の開口率の向上によって光源１０からの光の利用効率を向上させることができる。

［変形例１］
図２は、変形例１における移動体用照灯１０２の構成を示す。移動体用照灯１０２は、移動体用照灯１００における液晶素子１４ａ，１４ｂを反射型光学素子１８ａ，１８ｂに置き換えた構成である。

反射型光学素子１８ａは、第１光路Ｓ１上に配置される。反射型光学素子１８ａは、液晶素子１８ｃと、液晶素子１８ｃの背面に配置された反射板１８ｄとの組み合わせからなる。液晶素子１８ｃは、入射する光の偏光状態を変化させることができる透過型液晶素子である。液晶素子１８ｃは、特に限定されるものではないが、ＶＡ方式、ＴＮ−ＥＣＢ方式等の駆動タイプとすることができる。液晶素子１８ｃは、駆動素子によって電極に印加される電圧を調整することによって液晶層の配向状態を変化させ、偏光された入射光を制御し、ビームスプリッタ１２を透過する状態と透過しない状態とに切り替える。なお、液晶素子１８ｃは、低温ポリシリコン層によって液晶の駆動素子を構成することが好適である。反射板１８ｄは、液晶素子１８ｃを透過した光を反射させる。

液晶素子１８ｃは、多数の液晶セル（画素）を二次元マトリックス上に配置し、それぞれの液晶セル（画素）を入射する光を透過する状態と透過しない状態との間で遷移させることができる構成とすることが好適である。液晶素子１８ｃと反射板１８ｄを組み合わせることによって、第１光路Ｓ１の光を自由な形状及び強度の光として出射させることができる。

反射型光学素子１８ｂは、第２光路Ｓ２上に配置される。反射型光学素子１８ｂは、反射型光学素子１８ａと同様に、液晶素子１８ｅと液晶素子１８ｅの背面に配置された反射板１８ｆとの組合せからなる。液晶素子１８ｅは、液晶素子１８ｃと同様に透過型液晶素子である。すなわち、液晶素子１８ｅと反射板１８ｆを組み合わせることによって、第２光路Ｓ２の光を自由な形状及び強度の光として出射させることができる。

移動体用照灯１０２では、光源１０と液晶素子１８ｃ，１８ｅとを制御することによって光の照射位置、照射範囲及び照射強度を適切に変更することができる。例えば、移動体用照灯１０２を自動車の前照灯として搭載した場合、対向車、前走車等や歩行者等の状況に応じて配光のパターンを制御することが可能な配光可変灯（ＡＤＢ）として利用することができる。

また、移動体用照灯１０２を小型化することができ、これに伴って製造コストを低減することができる。また、液晶素子１８ｃ，１８ｅの開口率の向上によって光源１０からの光の利用効率を向上させることができる。

［変形例２］
図３は、変形例２における移動体用照灯１０４の構成を示す。移動体用照灯１０４では、移動体用照灯１００の構成に加えて、ビームスプリッタ１２と液晶素子１４ａとの間に視角補償板２０ａが配置され、ビームスプリッタ１２と液晶素子１４ｂとの間に視角補償板２０ｂが配置される。

例えば、液晶素子１４ａ，１４ｂがＶＡ方式である場合、視角補償板２０ａ，２０ｂはネガティブＣプレートと呼ばれる負の一軸フィルムを含むことが好適である。また、視角補償板２０ａ，２０ｂは、ネガティブＣプレートにポジティブＡプレートと呼ばれる正の一軸フィルムを組み合わせてもよい。

このように、液晶素子１４ａと視角補償板２０ａとを組み合わせること、又は、液晶素子１４ｂと視角補償板２０ｂとを組み合わせることによって、移動体用照灯１０４から照射される光のコントラストを向上させることができる。

［変形例３］
図４は変形例３における移動体用照灯１０６の構成を示す。移動体用照灯１０６ではビームスプリッタ１２として偏光吸収層が配置されている。

図５（ａ）は、変形例３におけるビームスプリッタ１２の一例を示す。ビームスプリッタ１２は、ワイヤーグリッド偏光子１２ａとワイヤーグリッド偏光吸収層が付いたワイヤーグリッド偏光子１２ｂを組み合わせてなる。ワイヤーグリッド偏光吸収層が付いたワイヤーグリッド偏光子１２ｂは反射ワイヤーグリッド部１２ｂａとワイヤーグリッド偏光吸収層部１２ｂｂからなり、ワイヤーグリッド偏光吸収層部１２ｂｂが１２ａの側になるように貼り合わせてある。このような構造とすることにより、ワイヤーグリッド偏光子からの漏れ光を防ぎ、より照射部と非照射部のコントラストの高いＡＤＢ移動体用照灯が実現できる。

図５（ｂ）は、変形例３におけるビームスプリッタ１２の別例を示す。ビームスプリッタ１２は、ワイヤーグリッド偏光子１２ａと第２のワイヤーグリッド偏光子１２ｃの間に２色性染料で染色した延伸ＰＶＡ層１２ｄが挟持された構造となっている。これによりワイヤーグリッド偏光子１２ａ，１２ｃからの漏れ光を防ぎ、照射部と非照射部のコントラストがより高い移動体用照灯を実現することができる。またワイヤーグリッド偏光子１２ａ，１２ｃの偏光特性を向上させることは難しいが、偏光特性が十分でないワイヤーグリッド偏光子１２ａ，１２ｃを使用しても、コントラストの高いＡＤＢ移動体用照灯を実現することができる。

図５（ｃ）は、変形例３におけるビームスプリッタ１２の別例を示す。ビームスプリッタ１２は、異なる屈折率異方性を有する層を積層した反射偏光子１２ｅと第２の異なる屈折率異方性を有する層を積層した反射偏光子１２ｆの間に２色性染料で染色した延伸ＰＶＡ層１２ｄが挟持された構造となっている。異なる屈折率異方性を有する層を積層した反射偏光子としては住友スリーエム社製のＤＢＥＦなどがある。異なる屈折率異方性を有する層を積層した反射偏光子１２ｅ，１２ｆは、偏光分離特性は優れるが、液晶表示体に単独で使用しても十分なコントラストが得られない。そこで、図５（ｃ）のような構造とすることにより、異なる屈折率異方性を有する層を積層した反射偏光子１２ｅ，１２ｆを用いて光利用効率が高くコントラストの高いＡＤＢ移動体用照灯を実現することができる。

１０ 光源、１２ ビームスプリッタ、１２ａ ワイヤーグリッド偏光子、１２ｂ ワイヤーグリッド偏光吸収層が付いたワイヤーグリッド偏光子、１２ｂａ １２ｂの反射ワイヤーグリッド部、１２ｂｂ １２ｂのワイヤーグリッド偏光吸収層部、１２ｃ 第２のワイヤーグリッド偏光子、１２ｄ ２色性染料で染色した延伸ＰＶＡ層、１２ｅ 異なる屈折率異方性を有する層を積層した反射偏光子、１２ｆ 第２の異なる屈折率異方性を有する層を積層した反射偏光子、１４（１４ａ，１４ｂ） 液晶素子、１６ レンズ、１８（１８ａ，１８ｂ） 反射型光学素子、１８ｃ，１８ｅ 液晶素子、１８ｄ，１８ｆ 反射板、２０（２０ａ，２０ｂ） 視角補償板、１００，１０２，１０４，１０６ 移動体用照灯。

Claims (11)

1. 入射光を２つの偏光に分離し、前記偏光の両方を利用する移動体用照灯であって、
   前記偏光の一方の光路である第１光路上に配置され、液晶素子を含み当該偏光を反射する第１の反射型光学素子と、
   前記偏光の他方の光路である第２光路上に配置され、液晶素子を含み当該偏光を反射する第２の反射型光学素子と、
   前記入射光を前記偏光に分離するビームスプリッタと、を備え、
   前記ビームスプリッタは、金属格子層からなるワイヤーグリッド構造を有することを特徴とする移動体用照灯。
2. 請求項１に記載の移動体用照灯であって、
   前記第１の反射型光学素子に含まれる前記液晶素子及び前記第２の反射型光学素子に含まれる前記液晶素子の少なくとも一方は内部に反射層を含む反射型液晶素子であることを特徴とする移動体用照灯。
3. 請求項１又は２に記載の移動体用照灯であって、
   前記第１の反射型光学素子に含まれる前記液晶素子及び前記第２の反射型光学素子に含まれる前記液晶素子の少なくとも一方は透過型液晶素子であり、
   前記透過型液晶素子の背面に反射層が配置されていることを特徴とする移動体用照灯。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体用照灯であって、
   前記液晶素子は、ＶＡ方式であることを特徴とする移動体用照灯。
5. 請求項４に記載の移動体用照灯であって、
   前記第１光路上及び前記第２光路上の少なくとも一方に前記液晶素子に対する視角補償板が配置されていることを特徴とする移動体用照灯。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体用照灯であって、
   前記液晶素子は、複屈折方式であることを特徴とする移動体用照灯。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の移動体用照灯であって、
   前記液晶素子は、低温ポリシリコン層からなる駆動素子によって液晶が駆動されることを特徴とする移動体用照灯。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の移動体用照灯であって、
   光路上に偏光吸収層が配置されていることを特徴とする移動体用照灯。
9. 請求項８に記載の移動体用照灯であって、
   前記ビームスプリッタは、前記入射光を２つに分離する第１の偏光ビームスプリッタ、偏光吸収層、第２の偏光ビームスプリッタが連続して配置された構成を有することを特徴とする移動体用照灯。
10. 請求項８又は９に記載の移動体用照灯であって、
    前記偏光吸収層は、シリコン（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）を含む吸収体からなるワイヤーグリッド偏光子を含むことを特徴とする移動体用照灯。
11. 請求項８又は９に記載の移動体用照灯であって、
    前記偏光吸収層は、２色性染料で染色した延伸ＰＶＡ層からなることを特徴とする移動体用照灯。

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