JP2023120057A - 車両用灯具、車両用灯具システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両用灯具等におけるレンズ等の光学設計を容易化する。【解決手段】車両周辺に光照射を行うための車両用灯具であって、第１光源１０、第１走査ミラー１２及び第１集束レンズ１１が、車両の上下方向において、第２光源１４、第２走査ミラー１６及び第２集束レンズ１５に対して相対的に上側に配置されており、蛍光体プレート１８は、車両の上下方向において相対的に上側の第１領域と相対的に下側の第２領域を含み、第１走査ミラー１２及び第１集束レンズ１１を経た第１レーザー光Ｌ１が蛍光体プレート１８の第２領域に照射され、第２走査ミラー１６及び第２集束レンズ１５を経た第２レーザー光Ｌ２が蛍光体プレート１８の第１領域に照射され、蛍光体プレート１８から生じる光が投射レンズ１９により投射される、車両用灯具である。【選択図】図１

Description

本開示は、車両用灯具、車両用灯具システムに関する。

特開２０１７－２０４４５３号公報（特許文献１）には、複数の励起光源と、蛍光体と、励起光源の出射光を蛍光体に向けて走査する走査機構と、蛍光体からの出射光を透過させて配光パターンを形成する投影レンズと、を有する車両用前照灯において、蛍光体に入射する光の照射範囲が励起光源毎に異なる、車両用前照灯が記載されている。

特開２０１７－２０４４５３号公報

本開示に係る具体的態様は、車両用灯具等におけるレンズ等の光学設計を容易にすることを目的の１つとする。

［１］本開示に係る一態様の車両用灯具は、車両周辺に光照射を行うための車両用灯具であって、（ａ）第１レーザー光を放出する第１光源と、（ｂ）前記第１レーザー光を反射し及び走査する第１走査ミラーと、（ｃ）前記第１走査ミラーによって走査された前記第１レーザー光を透過させる第１レンズと、（ｄ）第２レーザー光を放出する第２光源と、（ｅ）前記第２レーザー光を反射し及び走査する第２走査ミラーと、（ｆ）前記第２走査ミラーによって走査された前記第２レーザー光を透過させる第２レンズと、（ｇ）前記第１レンズを透過した前記第１レーザー光及び前記第２レンズを透過した前記第２レーザー光が入射する蛍光体プレートと、（ｈ）前記蛍光体プレートから生じる光を投射する投射レンズと、を含み、（ｉ）前記第１光源、前記第１走査ミラー及び前記第１レンズが、前記車両の上下方向において、前記第２光源、前記第２走査ミラー及び前記第２レンズに対して相対的に上側に配置されており、（ｊ）前記蛍光体プレートは、前記車両の上下方向において相対的に上側の第１領域と相対的に下側の第２領域を含み、（ｋ）前記第１走査ミラー及び前記第１レンズを経た前記第１レーザー光が前記蛍光体プレートの前記第２領域に照射され、前記第２走査ミラー及び前記第２レンズを経た前記第２レーザー光が前記蛍光体プレートの前記第１領域に照射される、車両用灯具である。
［２］本開示に係る一態様の車両用灯具システムは、前記［１］の車両用灯具と、カメラと、前記カメラにより撮影される前記車両周辺の画像に基づいて前記車両用灯具の動作を制御するコントローラと、を含む、車両用灯具システムである。

上記構成によれば、車両用灯具等におけるレンズ等の光学設計を容易にすることが可能となる。

図１は、一実施形態のヘッドランプの構成を示す図である。 図２は、蛍光体プレートの概略正面図である。 図３は、ヘッドランプの照射光により車両前方に形成される配光パターンについて説明するための図である。 図４は、各走査ミラーから蛍光体プレートへ至る光路の距離（光路長）を説明するための図である。 図５（Ａ）は、本実施形態における光路の距離を模式的に示す図である。図５（Ｂ）は、比較例における光路の距離を模式的に示す図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、他の実施形態のヘッドランプの構成を概略的に示す図である。 図７は、ヘッドランプを含んで構成される車両用灯具システムの構成例を示すブロック図である。

図１は、一実施形態のヘッドランプの構成を示す図である。この図１では、ヘッドランプ１を側方から見た場合の構成が模式的に示されている。図示のヘッドランプ１は、車両に搭載され、当該車両の前方へ光照射を行うためのものである。ヘッドランプ１は、第１光源１０、第１集束レンズ１１、第１走査ミラー１２、第１輝度補正レンズ１３、第２光源１４、第２集束レンズ１５、第２走査ミラー１６、第２輝度補正レンズ１７、蛍光体プレート１８、投射レンズ１９を含んで構成されている。図中のＸ方向がヘッドランプ１の前後方向に対応し、Ｙ方向がヘッドランプ１の左右方向に対応し、Ｚ方向がヘッドランプ１の上下方向に対応する。ヘッドランプ１が車両に搭載された状態においては、図中のＸ方向が車両の前後方向に対応し、Ｙ方向が車両の左右方向に対応し、Ｚ方向が車両の上下方向に対応する。

第１光源１０は、レーザー光を出射する光源である。第１光源１０から出射されるレーザー光は、例えば青色光などの可視光である。この第１光源１０は、レーザー光を集光するコリメートレンズを備えていてもよい。第１光源１０は、第２光源１４に対して相対的にヘッドランプ１の上部側（Ｚ方向の図中上側）に配置されている。なお、ヘッドランプ１の上部側とはこのヘッドランプ１が搭載される車両の上下方向において相対的に上側と同義であり、ヘッドランプ１の下部側とはこのヘッドランプ１が搭載される車両の上下方向において相対的に下側と同義である（以下においても同様）。

第１集束レンズ１１は、第１光源１０から出射するレーザー光の進行方向に配置されており、レーザー光を集束させて第１走査ミラー１２へ入射させる。第１集束レンズ１１は、第２集束レンズ１５に対して相対的にヘッドランプ１の上部側に配置されている。

第１走査ミラー１２は、第１光源１０から出射して第１集束レンズ１１によって集束したレーザー光が入射する位置に配置されており、このレーザー光を反射しながら走査して蛍光体プレート１８へ入射させる。第１走査ミラー１２としては、例えば、直交する二方向において入射光を走査可能なＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーが好適に用いられるがこの限りではない。第１走査ミラー１２は、第２走査ミラー１６に対して相対的にヘッドランプ１の上部側に配置されている。

第１輝度補正レンズ１３は、第１走査ミラー１２によって走査されたレーザー光が入射し得る位置に配置されており、このレーザー光の走査幅を拡大することにより、当該レーザー光の蛍光体プレート１８での輝度を向上させる。第１輝度補正レンズ１３は、第２輝度補正レンズ１７に対して相対的にヘッドランプ１の上部側に配置されている。また、第１輝度補正レンズ１３は、第１光源１０、第１集束レンズ１１及び第１走査ミラー１２よりも相対的にヘッドランプ１の下部側であって、投射レンズ１９よりもヘッドランプ１の上部側に配置されている。

第２光源１４は、レーザー光を出射する光源である。第２光源１４から出射されるレーザー光は、例えば青色光などの可視光である。この第２光源１４は、レーザー光を集光するコリメートレンズを備えていてもよい。第２光源１４は、第１光源１０に対して相対的にヘッドランプ１の下部側（Ｚ方向の図中下側）に配置されている。

第２集束レンズ１５は、第２光源１４から出射するレーザー光の進行方向に配置されており、レーザー光を集束させて第２走査ミラー１６へ入射させる。第２集束レンズ１５は、第１集束レンズ１１に対して相対的にヘッドランプ１の下部側に配置されている。

第２走査ミラー１６は、第２光源１４から出射して第２集束レンズ１５によって集束したレーザー光が入射する位置に配置されており、このレーザー光を反射しながら走査して蛍光体プレート１８へ入射させる。第２走査ミラー１６としては、例えば、直交する二方向において入射光を走査可能なＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーが好適に用いられるがこの限りではない。第２走査ミラー１６は、第１走査ミラー１２に対して相対的にヘッドランプ１の下部側に配置されている。

第２輝度補正レンズ１７は、第２走査ミラー１６によって走査されたレーザー光が入射し得る位置に配置されており、このレーザー光の走査幅を拡大することにより、当該レーザー光の蛍光体プレート１８での輝度を向上させる。第２輝度補正レンズ１７は、第１輝度補正レンズ１３に対して相対的にヘッドランプ１の下部側に配置されている。また、第２輝度補正レンズ１７は、第２光源１４、第２集束レンズ１５及び第２走査ミラー１６よりも相対的にヘッドランプ１の上部側であって、投射レンズ１９よりもヘッドランプ１の下部側に配置されている。

蛍光体プレート１８は、蛍光体を含む板状体であり、ヘッドランプ１の上下方向において第１光源１０と第２光源１４との間に配置されており、かつ、第１光源１０から第１集束レンズ１１、第１走査ミラー１２及び第１輝度補正レンズ１３を経た第１レーザー光Ｌ１と、第２光源１４から第２集束レンズ１５、第２走査ミラー１６及び第２輝度補正レンズ１７を経た第２レーザー光Ｌ２がそれぞれ入射する位置に配置されている。この蛍光体プレート１８は、例えば黄色蛍光体を含んで構成されており、それぞれ青色波長である第１レーザー光Ｌ１及び第２レーザー光Ｌ２が入射すると、これら第１レーザー光Ｌ１及び第２レーザー光Ｌ２を反射するとともに、黄色蛍光体によって生じる黄色光を生じさせる。これにより、蛍光体プレート１８からは白色光（疑似白色光）が放出される。

投射レンズ１９は、その光軸ａが蛍光体プレート１８の略中心に対応するように蛍光体プレート１８の前面に配置されており、蛍光体プレート１８から放出される光を集光して車両前方へ投射する。

図２は、蛍光体プレートの概略正面図である。蛍光体プレート１８は、その図中Ｙ方向及びＺ方向の中央位置ｏを挟んで、Ｚ方向に沿って図中上側の第１領域３１と図中下側の第２領域３２を有する。本実施形態では、蛍光体プレート１８は、上記した投射レンズ１９の光軸ａが中央位置ｏにおいて蛍光体プレート１８に対して略直交するように配置される。

蛍光体プレート１８の第１領域３１の範囲内には、第２光源１４から第２集束レンズ１５、第２走査ミラー１６及び第２輝度補正レンズ１７を経た第２レーザー光Ｌ２が照射される。また、蛍光体プレート１８の第２領域３２の範囲内には、第１光源１０から第１集束レンズ１１、第１走査ミラー１２及び第１輝度補正レンズ１３を経た第１レーザー光Ｌ１が照射される。このため、図１に示すように、第１レーザー光Ｌ１と第２レーザー光Ｌ２は、蛍光体プレート１８に照射される際に蛍光体プレート１８の正面において互いに交差する。

図３は、ヘッドランプの照射光により車両前方に形成される配光パターンについて説明するための図である。ここでは、例えば車両の前方２５メートル位置に想定される仮想スクリーン上に形成される配光パターンを説明する。なお、この配光パターンは、１つのヘッドランプ１を用いて形成されてもよいし、２つのヘッドランプ１の照射光を合わせて形成されてもよい。

図示のように配光パターンは、ハイビームＨＢとロービームＬＢを有する。ハイビームＨＢは、図中のＶ方向（鉛直方向）については約＋３．８°から約－３．６°の範囲、図中のＨ方向については約±１４．４°の範囲に照射される。このハイビームＨＢは、蛍光体プレート１８の第２領域３２に照射される第１レーザー光Ｌ１によって形成される。例えば、前方に存在する他車両などの状況に応じて選択的な光照射を行いたい場合には、第１レーザー光Ｌ１の走査時において点消灯を切り替えることでそのような配光パターンを実現できる。

ロービームＬＢは、図中のＶ方向については０°から約－７．５°の範囲、図中のＨ方向については約±１９．４°の範囲に照射される。Ｈ方向における照射範囲を比較すると、ロービームＬＢのほうがハイビームＨＢよりも広い。また、Ｖ方向における照射範囲を比較すると、ロービームＬＢとハイビームＨＢとはほぼ同じである。このロービームＬＢは、蛍光体プレート１８の第１領域３１に照射される第２レーザー光Ｌ２によって形成される。図示のようにロービームＬＢにはハイビームＨＢが部分的に重なっている。このような配光パターンは、投射レンズ１９のレンズ設計によって実現される。

図４は、各走査ミラーから蛍光体プレートへ至る光路の距離（光路長）を説明するための図である。図示のように本実施形態のヘッドランプ１では、第１走査ミラー１２から第１輝度補正レンズ１３を経て蛍光体プレート１８へ至る光路の距離Ｄｒよりも、第２走査ミラー１６から第２輝度補正レンズ１７を経て蛍光体プレート１８へ至る光路の距離Ｄｂのほうが長い（Ｄｒ＜Ｄｂ）。これは、ランプユニット１の外観デザイン上の要請から、車両外部に露出する部分であるランプユニット１の上側についてはより容積を小さくする必要がある一方で、車両内部に一部分を収容可能であるランプユニット１の下側についてはそのような必要性が低いことに起因する。

すなわち、ランプユニット１において相対的に上側に配置される第１走査ミラー１２及び第１輝度補正レンズ１３を経由して蛍光体プレート１８へ至る光路の距離Ｄｒはより短くする必要があり、他方で、第２走査ミラー１６及び第２輝度補正レンズ１７を経由して蛍光体プレート１８へ至る光路の距離Ｄｂについてはより長い距離を確保しやすいからである。

そして、本実施形態では光路の距離をより長く設定できることで配光角度をより広くできる第２レーザー光Ｌ２を用いて配光範囲の相対的に広いロービームＬＢ（図３参照）を形成し、相対的に光路の距離が短い第１レーザー光Ｌ１を用いて配光範囲の相対的に狭いハイビームＨＢを形成している。これにより、第１輝度補正レンズ１３、第２輝度補正レンズ１７のそれぞれに必要な光学特性（例えばレンズ曲率）の要請が緩和されるため、各レンズの光学設計及び製造が容易になるという効果が得られる。

また、本実施形態では、第１レーザー光Ｌ１と第２レーザー光Ｌ２を蛍光体プレート１８の正面で交差させることで、ヘッドランプ１において相対的に上側から下側へ進行する第１レーザー光Ｌ１を蛍光体プレート１８の相対的に下側である第２領域３２に照射し、ヘッドランプ１において相対的に下側から上側へ進行する第２レーザー光Ｌ２を蛍光体プレート１８の相対的に上側である第１領域３１に照射している。それにより、例えば第１レーザー光Ｌ１を蛍光体プレート１８の第１領域３１へ照射し、第２レーザー光Ｌ２を蛍光体プレート１８の第２領域３２へ照射する場合との比較では光路の距離Ｄｒ、Ｒｂをより長くすることができる。このことから、第１走査ミラー１２と第１輝度補正レンズ１３との距離をより長くすることができるとともに、第２走査ミラー１６と第２輝度補正レンズ１７との距離をより長くすることができるので、各レンズによる輝度向上効果を得るための光学面を各レーザー光が透過する領域が広くなり、輝度補正効果を高めることができる。

図５（Ａ）は、本実施形態における光路の距離を模式的に示す図である。図５（Ｂ）は、比較例における光路の距離を模式的に示す図である。なお、ここでは、第２走査ミラー１６の回動起点１６ａから第２輝度補正レンズ１７を経て蛍光体プレート１８に至る光路を模式的に示しているが、第１走査ミラー１３の回動起点から第１輝度補正レンズ１３を経て蛍光体プレート１８に至る光路においても同様である。図５（Ａ）に示すように、本実施形態のヘッドランプ１では第２走査ミラー１６と第２輝度補正レンズ１７との距離をより長くすることができる。図５（Ｂ）に示す比較例との間で増加する距離を図中、Ｄ１と示す。また、図５（Ａ）に示すように、本実施形態のヘッドランプ１では第２輝度補正レンズ１７と蛍光体プレート１８との距離もより長くすることができる。図５（Ｂ）に示す比較例との間で増加する距離を図中、Ｄ２と示す。これらの距離Ｄ１、Ｄ２が増すことで上記した通りの効果が得られ、結果としてレンズの光学設計及び製造が容易になるという効果が得られる。

図６（Ａ）は、他の実施形態のヘッドランプの構成を概略的に示す図である。図６（Ａ）に示す実施形態のヘッドランプ１ａは、上記した実施形態と同様にして第１光源１０、第１走査ミラー１２、第１輝度補正レンズ１３等をＺ方向において相対的に上側に配置し、第２光源１４、第２走査ミラー１６、第２輝度補正レンズ１７等を相対的に下側に配置するとともに、同様の構成の第３光源２０、第３走査ミラー２２、第３輝度補正レンズ２３をＹ方向において相対的に図中左側に設け、第４光源２４、第４走査ミラー２６、第４輝度補正レンズ２７をＹ方向において相対的に図中右側に設けている。なお、集束レンズについては図示を省略している。

このヘッドランプ１ａでは、第１輝度補正レンズ１３を経たレーザー光と第２輝度補正レンズ１７を経たレーザー光が上下方向から蛍光体プレート１８に照射されるとともに、第３輝度補正レンズ２３を経たレーザー光と第４輝度補正レンズを経たレーザー光のそれぞれが左右方向から蛍光体プレート１８に照射される。このため、投射レンズ１９を経て車両前方に照射される配光パターンをより多彩に変化させることができる。

なお、図６（Ａ）に示した実施形態のヘッドランプ１ａにおける一部構成を省略することもできる。一例として、第１光源１０、第１走査ミラー１２、第１輝度補正レンズ１３が省略された実施形態のヘッドランプ１ｂの構成を図６（Ｂ）に示す。

図７は、ヘッドランプを含んで構成される車両用灯具システムの構成例を示すブロック図である。図示の車両用灯具システムは、ヘッドランプ１と、コントローラ２と、カメラ３を含んで構成されている。なお、ヘッドランプ１は、上記したヘッドランプ１ａ又は１ｂと代替可能である。この車両用灯具システムは、カメラ３によって撮影される車両周辺（一例として前方）の画像を用いてコントローラ２において情報処理を行うことにより、先行車両や対向車両、歩行者といった対象体を検出し、その位置や状況に応じて主にハイビームＨＢの照射範囲において光照射領域と減光領域（ないし非照射領域）を動的に設定し、それら光照射範囲と減光範囲を含んだ配光パターンを実現できるようにコントローラ２によってヘッドランプ１の動作を制御するものである。具体的には、ヘッドランプ１の第１光源１０、第２光源１４の点消灯タイミングを制御するとともに第１走査ミラー１２と第２走査ミラー１６の動作がコントローラ２によって制御されることで、所望の配光パターンが実現される。コントローラ２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、所定の動作プログラムを実行可能なコンピュータシステムを用いて実現可能である。

以上のような各実施形態によれば、ヘッドランプ（車両用灯具）等におけるレンズ等の光学設計を容易にすることができる。

なお、本開示は上記した各実施形態の内容に限定されるものではなく、本開示の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態では車両用灯具の一例としてヘッドランプを示したが、同様の構成を車両後方や車両側方など任意の方向へ光照射を行うランプに対して適用することもできる。

１：ヘッドランプ、１０：第１光源、１１：第１集束レンズ、１２：第１走査ミラー、１３：第１輝度補正レンズ、１４：第２光源、１５：第２集束レンズ、１６：第２走査ミラー、１７：第２輝度補正レンズ、１８：蛍光体プレート、１９：投射レンズ、Ｌ１：第１レーザー光、Ｌ２：第２レーザー光

Claims (8)

1. 車両周辺に光照射を行うための車両用灯具であって、
   第１レーザー光を放出する第１光源と、
   前記第１レーザー光を反射し及び走査する第１走査ミラーと、
   前記第１走査ミラーによって走査された前記第１レーザー光を透過させる第１レンズと、
   第２レーザー光を放出する第２光源と、
   前記第２レーザー光を反射し及び走査する第２走査ミラーと、
   前記第２走査ミラーによって走査された前記第２レーザー光を透過させる第２レンズと、
   前記第１レンズを透過した前記第１レーザー光及び前記第２レンズを透過した前記第２レーザー光が入射する蛍光体プレートと、
   前記蛍光体プレートから生じる光を投射する投射レンズと、
   を含み、
   前記第１光源、前記第１走査ミラー及び前記第１レンズが、前記車両の上下方向において、前記第２光源、前記第２走査ミラー及び前記第２レンズに対して相対的に上側に配置されており、
   前記蛍光体プレートは、前記車両の上下方向において相対的に上側の第１領域と相対的に下側の第２領域を含み、
   前記第１走査ミラー及び前記第１レンズを経た前記第１レーザー光が前記蛍光体プレートの前記第２領域に照射され、前記第２走査ミラー及び前記第２レンズを経た前記第２レーザー光が前記蛍光体プレートの前記第１領域に照射される、
   車両用灯具。
2. 前記第１走査ミラーから前記第１レンズを経て前記蛍光体プレートへ至る第１光路の距離よりも、前記第２走査ミラーから前記第２レンズを経て前記蛍光体プレートへ至る第２光路の距離のほうが長い、
   請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記蛍光体プレートの前記第１領域から生じる光が前記投射レンズによって前記車両周辺の鉛直方向において相対的に下側に投射され、前記蛍光体プレートの前記第２領域から生じる光が前記投射レンズによって前記車両周辺の鉛直方向において相対的に上側に投射される、
   請求項１又は２に記載の車両用灯具。
4. 前記第１レンズ及び前記第２レンズの各々が輝度補正レンズである、
   請求項１～３の何れか１項に記載の車両用灯具。
5. 前記第１走査ミラー及び前記第１レンズを経た前記第１レーザー光と前記第２走査ミラー及び前記第２レンズを経た前記第２レーザー光とが前記蛍光体プレートの前面側で交差する、
   請求項１～４の何れか１項に記載の車両用灯具。
6. 前記第１レンズは、前記車両の上下方向において前記第１光源及び前記第１走査ミラーよりも相対的に下側に配置され、
   前記第２レンズは、前記車両の上下方向において前記第２光源及び前記第２走査ミラーよりも相対的に上側に配置される、
   請求項１～５の何れか１項に記載の車両用灯具。
7. 前記第１光源と前記第１走査ミラーとの間に配置される第１集束レンズと、
   前記第２光源と前記第２走査ミラーとの間に配置される第２集束レンズと、
   を更に含む、請求項１～６の何れか１項に記載の車両用灯具。
8. 請求項１～７の何れか１項に記載の車両用灯具と、
   カメラと、
   前記カメラにより撮影される前記車両周辺の画像に基づいて前記車両用灯具の動作を制御するコントローラと、
   を含む、車両用灯具システム。

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