JP5468464B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、液晶素子を用いて構成された車両用灯具に関する。

ヘッドランプとして用いられる車両用灯具において、通常色（例えば白色）と、それとは別の色を切り替え可能に構成したいという要望がある。これに対して、例えば特開２００９−６７０８３号公報（特許文献１）には、複数の光源を用いて複数の発色を実現する先行例が開示されている。また、例えば特開２０００−２１５７２２号公報（特許文献２）には、互いに異なる色のレンズを用いて、いずれかのレンズを光源（バルブ）の正面に移動させることにより、複数の発色を実現する先行例が開示されている。

ところで、特許文献１に開示された先行例においては、複数の光源を設ける必要があることから、車両用灯具の構造の複雑化やコスト増を招く。また、特許文献２に開示された先行例も同様であり、複数の着色されたレンズやこれを移動させるためのモータ、レンズの位置制御のためのセンサ等を設ける必要があることから、車両用灯具の構造の複雑化やコスト増を招く。

特開２００９−６７０８３号公報 特開２０００−２１５７２２号公報

本発明に係る具体的態様は、構造の複雑化やコスト増を回避しつつ、複数の発色を実現可能な車両用灯具を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の車両用灯具は、（ａ）光源と、（ｂ）上記光源から出射する光の進路上に配置された第１偏光素子と、（ｃ）液晶層を有し、上記第１偏光素子を透過する上記光の進路上に配置された液晶素子と、（ｄ）上記液晶素子を透過する上記光の進路上に配置された第２偏光素子と、（ｅ）上記液晶素子のしきい値電圧より低いオフ電圧、上記しきい値電圧より高い第１オン電圧、上記第１オン電圧より高く、かつ上記液晶素子の上記液晶層にバックフローを生じさせる高さの第２オン電圧、の何れかを上記液晶素子に対して選択的に供給する液晶駆動部と、を含む車両用灯具である。

上記の車両用灯具では、液晶素子へ供給する電圧をオフ電圧とした場合と第１オン電圧とした場合でこの液晶素子を透過する光の振動方向を異ならせることにより、第２偏光素子から出射する光の状態を切り替えることができる。また、第２オン電圧を液晶素子へ供給した場合には、液晶素子の液晶層においてバックフローが発生することにより、定常状態における配向状態とは異なる配向状態を過渡的に生じさせることができる。それにより、第１オン電圧を供給した場合とは異なる色彩の光を一時的に発生することができる。上記構成によれば、複数の光源を設ける必要がなく、複数の着色されたレンズやこれを位置制御するための機構を設ける必要もないため、構造の複雑化やコスト増を回避しつつ、複数の発色を実現可能な車両用灯具を提供することが可能となる。

好ましくは、液晶駆動部は、上記第２オン電圧の供給を開始してから所定期間が経過した後に、上記液晶素子のしきい値電圧より高い第３オン電圧を供給する。

第２オン電圧を供給したことによる液晶層での液晶分子の配向変化は過渡的なものであり持続しないので、所定期間が経過した後には供給電圧を低くすることにより、電力消費を抑え、かつ高電圧印加による液晶層の劣化等を抑制することができる。

好ましくは、上記第１オン電圧と上記第３オン電圧とが等しい。

それにより、液晶駆動部によって発生すべき電圧値の種類が少なくなり、液晶駆動部の簡素化を図ることができる。

上記した第１偏光素子及び第２偏光素子の各々は、例えば、光の入射する方向に対して斜めに配置された反射偏光素子であってもよい。

それにより、第１偏光素子および第２偏光素子に入射した光がその振動方向により反射された場合と透過した場合のそれぞれを利用して、異なる照射光（例えば、ハイビームとロービーム）を容易に生成することができる。

また、上記した第１偏光素子は、例えば、偏光プリズムであってもよい。この場合、さらに上記した第２偏光素子は、光の入射する方向に対して斜めに配置された反射偏光素子であることも好ましい。

偏光プリズムを用いることにより、入射した光のほぼ全成分を特定方向へ振動する偏光に変換できるため、光の利用効率を高めることができる。また、第２偏光素子として斜め配置の反射偏光素子を用いることにより、第２偏光素子に入射した光がその振動方向により反射された場合と透過した場合のそれぞれに応じて、異なる照射光（例えば、ハイビームとロービーム）を容易に生成することができる。

第１実施形態の車両用灯具の構成を示す模式的な断面図である。 液晶素子の構成例を説明するための模式的な断面図である。 液晶駆動部の構成例を説明するためのブロック図である。 高輝度の照射光を発生させたときの透過率の過渡的変化（過渡応答）を示す図である。 第２オン電圧を印加した際のハイビームの視角特性を示す図である。 液晶素子に供給される駆動電圧のいくつかの例を示す波形図である。 第２実施形態の車両用灯具の構成を示す模式的な断面図である。 偏光プリズムの構造を説明するための模式的な上面図である。 第２実施形態の車両用灯具の模式的な正面図である。 第３実施形態の車両用灯具の構成を示す模式的な断面図である。 第３実施形態の車両用灯具の変形構成例を示す模式的な断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の車両用灯具の構成を示す模式的な断面図である。図１に示す車両用灯具は、車両の前照灯（ヘッドランプ）として用いられるものであり、光源１１、コリメートレンズ１２、第１反射偏光素子１３、液晶素子１４、第２反射偏光素子１５、反射板（ミラー）１６、反射板（ミラー）１７、曲面反射部１８、曲面反射部１９、遮光板（シェード）２０、プロジェクターレンズ２１、ハイビーム用レンズ２２、液晶駆動部２３を含んで構成されている。

光源１１は、例えば高輝度ＬＥＤであり、図示しない駆動手段により駆動されて外部へ光を放出する。光源１１から出射した光は、第１反射偏光素子１３へ向けてほぼ一方向に進行する。本実施形態においては、光源１１の周囲に反射面が設けられており、光源１１から出射した光の一部はこの反射面で反射され、第１反射偏光素子１３へ向けてほぼ一方向に進行する。なお、反射面は省略してもよい。また、光源１１は、ＬＥＤ以外のもの、例えば白熱電球、ハロゲン電球、ＨＩＤ、ＦＥ光源、蛍光灯等であってもよい。

コリメートレンズ１２は、光源１１からの光（反射面による反射光を含む）の進路上に配置されている。このコリメートレンズ１２を用いることにより、光源１１からの光の平行性を増すことができる。なお、このコリメートレンズ１２は省略してもよい。

第１反射偏光素子１３は、入射する光のうち、偏光透過軸方向に振動する成分を透過させ、それ以外の成分を反射する機能を有する光学素子である。この第１反射偏光素子１３としては、例えば偏光ビームスプリッタ（ワイヤーグリッド偏光板）を用いることができる。本実施形態における第１反射偏光素子１３は、光源からの光の進路上に、当該光の入射する方向（進行方向）に対して斜めに配置されている。詳細には、第１反射偏光素子１３は、光源１１からの光の平均的な光軸（すなわち光の進行方向）に対して略４５度に傾け、かつ偏光透過軸を法線方向にして配置されている。第１反射偏光素子１３のサイズは、例えば６０ｍｍ×６０ｍｍ程度である。

液晶素子１４は、入射する光の振動方向（偏光方向）を制御する機能を有する光学素子である。この液晶素子１４としては、例えば垂直配向型のものを用いることができる。本実施形態における液晶素子１４は、第１反射偏光素子１３を透過する光の進路上に、当該光の入射する方向（進行方向）に対して斜めに配置されている。すなわち、液晶素子１４は、第１反射偏光素子１３を透過する光の進行方向に対して略４５度傾けて配置されている。また、本実施形態の液晶素子１４は、第１反射偏光素子１３と密着させ、又はわずかに距離をおいた状態で、第１反射偏光素子１３と略平行になるように配置されている。液晶素子１４の構造の詳細についてはさらに後述する。

第２反射偏光素子１５は、入射する光のうち、偏光透過軸方向に振動する成分を透過させ、それ以外の成分を反射する機能を有する光学素子である。この第２反射偏光素子１５としても、例えば偏光ビームスプリッタ（ワイヤーグリッド偏光板）を用いることができる。本実施形態における第２反射偏光素子１５は、液晶素子１４を透過した光の進路上に、当該光の入射する方向に対して斜めに配置されている。詳細には、第２反射偏光素子１５は、液晶素子１４を透過した光の進行方向に対して略４５度に傾け、かつ偏光透過軸を水平方向にして、液晶素子１４の後段に配置されている。第２反射偏光素子１５は、その偏光透過軸方向が第１反射偏光素子１３の偏光透過軸方向と略９０度の角度で交差するように配置されている。

また、本実施形態における第２反射偏光素子１５は、液晶素子１４と一定距離以上離して配置されている。ここでいう一定距離とは、液晶素子１４と第２反射偏光素子１５とを上側から平面視したときに、液晶素子１４の最上部の端部と第２反射偏光素子１５の最下部の端部とが重なるときにおける液晶素子１４と第２反射偏光素子１５との相互間距離である。それにより、第２反射偏光素子１５によって反射された光が液晶素子１４によって遮られないようにすることができる。第２反射偏光素子１５のサイズは、第１反射偏光素子１３と同じか幾分大きい程度である。

反射板１６は、第２反射偏光素子１５を透過する光の進路上に、当該光の入射する方向に対して斜めに配置されている。詳細には、反射板１６は、第２反射偏光素子１５を透過した光の進行方向に対して略４５度に傾けて、第２反射偏光素子１５の後段に配置されている。この反射板１６は、第２反射偏光素子１５を透過した光を反射面によって反射し、反射板１７へ導く。本実施形態における反射板１６は、第２反射偏光素子１５と一定距離以上離して配置されている。ここでいう一定距離とは、反射板１６と第２反射偏光素子１５とを上側から平面視したときに、第２反射偏光素子１５の最上部の端部と反射板１６の最下部の端部とが重なるときにおける反射板１６と第２反射偏光素子１５との相互間距離である。それにより、反射板１６によって反射された光が第２反射偏光素子１５によって遮られないようにすることができる。

反射板１７は、上記した反射板１６の上方に当該反射板１６と所定距離を空けて配置されている。この反射板１７は、その反射面が反射板１６と向かい合うように配置されており、反射板１６からの光を反射面により反射し、ハイビーム用レンズ２２へ導く。

曲面反射部１８は、上記した第１反射偏光素子１３の上方に当該第１反射偏光素子１３と所定距離を空けて配置されている。本実施形態における曲面反射部１８は、球面あるいは放物面などの曲面からなる反射面を有し、その焦点を遮光板２０の近傍にほぼ合わせるように配置される。第１反射偏光素子１３からの光は、曲面反射部１８の反射面において全反射し、焦点に集光される。

曲面反射部１９は、上記した第２反射偏光素子１５の上方に当該第２反射偏光素子１５と所定距離を空けて配置されている。本実施形態における曲面反射部１９は、球面あるいは放物面などの曲面からなる反射面を有し、その焦点を遮光板２０の近傍にほぼ合わせるように配置される。第２反射偏光素子１５からの光は、曲面反射部１９の反射面において全反射し、焦点に集光される。

遮光板２０は、上記した曲面反射部１８、曲面反射部１９のそれぞれからの光の進行方向に配置されている。この遮光板２０は、曲面反射部１８および曲面反射部１９のそれぞれからの光の一部成分を遮り、かつカットオフを形成し得る形状を有する。このとき、遮光板２０により遮られずにプロジェクターレンズ２１へ進行し、プロジェクターレンズ２１から出射する光が本実施形態の車両用灯具におけるロービームに対応する。本実施形態では、ロービームの最大高度が３００００ｃｄ程度となるように、遮光板２０による遮光量が設定される。

プロジェクターレンズ２１は、上記した曲面反射部１８、曲面反射部１９のそれぞれからの光を集光し得るように、遮光板２０の前方に配置されている。本実施形態におけるプロジェクターレンズ２１は、比較的に大型の凸レンズであり、その焦点が遮光板２０の近傍に位置し、かつ曲面反射部１８、曲面反射部１９の各焦点ともほぼ同じ位置となるように配置されている。

ハイビーム用レンズ２２は、上記した反射板１７の反射面と対向する所定位置に配置されており、当該反射板１７からの光を集光する。ハイビーム用レンズ２２から出射する光が本実施形態の車両用灯具におけるハイビームに対応する。

液晶駆動部２３は、液晶素子１４と電気的に接続されており、当該液晶素子１４を駆動する。本実施形態の液晶駆動部２３は、液晶素子１４に対して駆動電圧として交流電圧を印加する。液晶駆動部２３により印加される駆動電圧の詳細については後述する。

図２は、液晶素子１４の構成例を説明するための模式的な断面図である。図２に示すように、液晶素子１４は、第１基板５１、第２基板５２、第１電極５３、第２電極５４、配向膜５５、配向膜５６および液晶層５７を含んで構成されている。

第１基板５１および第２基板５２は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。第１基板５１と第２基板５２との相互間には、スペーサー（粒状体）が分散して配置されている。これらのスペーサーにより、基板相互間が所定距離（例えば数μｍ程度）に保たれる。

第１電極５３は、第１基板５１の一面上に設けられている。同様に、第２電極５４は、第２基板５２の一面上に設けられている。第１電極５３および第２電極５４は、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。

配向膜５５は、第１基板５１の一面側に、第１電極５３を覆うようにして設けられている。同様に、配向膜５６は、第２基板５２の一面側に、第２電極５４を覆うようにして設けられている。本実施形態においては、配向膜５５および配向膜５６としては、液晶層５７の液晶分子の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を垂直配向状態に規制するもの（垂直配向膜）が用いられている。各配向膜５５、５６は、それぞれラビング処理等の配向処理が施されており、当該配向処理の方向がアンチパラレル状態となるように相互に配置されている。配向処理の方向は、例えば第１基板５１および第２基板５２の各端面に対して４５度の方向に設定される。各配向膜５５、５６としては、例えばポリイミド膜などの有機材料膜を用いることができるが、無機材料膜を用いることも好ましい。各配向膜５５、５６により、液晶層５７の液晶分子にプレチルト角が付与される。なお、配向処理の方法についてはラビング法に限られず、光配向法、イオンビーム配向法、プラズマビーム配向法、斜め蒸着法など種々の方法を採用できる。

液晶層５７は、第１基板５１の第１電極５３と第２基板５２の第２電極５４との相互間に設けられている。本実施形態においては誘電率異方性Δεが負（Δε＜０）の液晶材料（ネマティック液晶材料）を用いて液晶層５７が構成されている。液晶層５７に図示された太線は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向（ダイレクター）を模式的に示したものである。電圧印加時には、各配向膜５５、５６に施される配向処理の方向に対応して配向方向が変化する。本実施形態では、液晶素子１４の液晶層５７への電圧印加時に、液晶層５７の中央付近における液晶分子の配向方向が第１反射光学素子１３の偏光透過軸に対して略４５度の角度をなすように、液晶素子１４と第１反射偏光素子１３との位置関係が規定されている。

図３は、液晶駆動部２３の構成例を説明するためのブロック図である。図３に示す液晶駆動部２３は、コントローラ６０と、２つのドライバ６１、６２を含んで構成される。コントローラ６０は、各ドライバ６１、６２の動作を制御する。各ドライバ６１、６２は、コントローラ６０から与えられる制御信号に基づいて、液晶素子１４の第１電極５３と第２電極５４に駆動電圧を印加する。それにより、液晶層５７に駆動電圧が印加される。本実施形態における駆動電圧は、例えば０Ｖ（オフ電圧）、液晶素子１４のしきい値よりも高い電圧である第１オン電圧（例えば３Ｖ）、または第１オン電圧よりも十分に高い第２オン電圧（例えば１０〜３０Ｖ）の交流電圧（周波数１５０Ｈｚ）である。

次に、上記した車両用灯具の動作について説明する。

光源１１からの光が第１反射偏光素子１３に入射すると、この光のうち、第１反射偏光素子１３の偏光透過軸方向と一致する振動方向の偏光成分（以下「第１偏光成分」という）は第１反射偏光素子１３を透過して液晶素子１４に入射し、偏光透過軸方向と一致しない振動方向の偏光成分（以下「第２偏光成分」という）は第１反射偏光素子１３によって反射されて曲面反射部１８に入射する。

液晶素子１４へ供給される駆動電圧がオフ電圧（本例では０Ｖ）である場合には、液晶素子１４へ入射した第１偏光成分は、その振動方向が変化することなく液晶素子１４を透過し、第２反射偏光素子１５に入射する。この場合には、入射した第１偏光成分の振動方向と第２反射偏光素子１５の偏光透過軸方向とが一致しないため、第１偏光成分は、第２反射偏光素子１５によって反射されて曲面反射部１９に入射する。曲面反射部１９に入射した第１偏光成分と、曲面反射部１８に入射した第２偏光成分は、それぞれ遮光板２０の近傍に集光され、一部成分が遮光された後にプロジェクターレンズ２１に入射する。プロジェクターレンズ２１を透過した各偏光成分は、所定の配光パターンのロービームとなって車両用灯具の外部（本例では車両前方）を照射する。

一方、液晶素子１４へ供給される駆動電圧が上記した第１オン電圧（本例では３Ｖ）である場合には、電圧印加により液晶層５７の配向分布が変化するため、液晶素子１４へ入射した第１偏光成分は、液晶素子１４を透過することにより振動方向が略９０度変化し、第２反射偏光素子１５に入射する。この場合には、入射した第１偏光成分の振動方向と第２反射偏光素子１５の偏光透過軸方向とが一致するため、第１偏光成分は、第２反射偏光素子１５を透過して反射板１６へ入射する。反射板１６に入射した第１偏光成分は、反射板１６の反射面において反射して反射板１７に入射し、さらに反射板１７の反射面において反射してハイビーム用レンズ２２に入射する。ハイビーム用レンズ２２を透過した第１偏光成分は、所定の配光パターンのハイビームとなって車両用灯具の外部（具体的には車両前方）を照射する。なお、第２偏光成分については、上記と同様に、曲面反射部１８およびプロジェクターレンズ２１を経由し、プロジェクターレンズ２１を透過して車両用灯具の外部を照射する。

また、液晶素子１４へ供給される駆動電圧が上記した第２オン電圧（本例では２０Ｖ）である場合においても、上記と同様にハイビームが生成され、車両用灯具の外部に照射される。このとき、駆動電圧を上記のような十分に高い電圧とすることで、通常のハイビームにおける照射光の色彩とは異なる色彩であり、かつ相対的に明るい（高輝度の）照射光を一時的に発生させることができる。これは、十分に高い第２オン電圧を印加した際に液晶素子１４の液晶層５７にバックフローが生じることにより、定常状態における配向状態とは異なる配向状態が過渡的に実現されるためである。ここでいう「バックフロー」とは、液晶層５７に高い電圧が印加された際に、液晶層５７の少なくとも一部における液晶分子の配向方向が予め付与されたプレチルト角に応じて規定される方向とは異なる方向へ一時的に変化する現象である。

本実施形態では、通常の照射光の色彩がほぼ白色であるのに対して、高輝度時における照射光の色彩は黄色である。黄色の発光は波長が長く、霧の中などでも光が通りやすい。また、緑色から黄色にかけての波長域（５３０ｎｍ〜５９０ｎｍ）は人間の目の感度が高いため人間にとって認識しやすく、さらに人間がグレアとして感じにくい波長域でもある。このため、黄色の発色は、対向車の運転者等にいち早く発見されやすいという観点で有用である。

ここで、高輝度の照射光を発生させたときの透過率の過渡的変化（過渡応答）を図４に示す。ここでは、第２オン電圧として、１０Ｖ、２０Ｖおよび３０Ｖの３種類を用いた。なお、図４における縦軸（透過率）については任意単位である。図４に示すように、第２オン電圧を１０Ｖとしたときには、一旦高い透過率（すなわち高輝度）を示すがその後透過率が低下し、さらにその後、定常状態における透過率で安定していることがわかる。また、第２オン電圧を２０Ｖとしたときには、一旦高い透過率（すなわち高輝度）となった後、定常状態における透過率で安定していることがわかる。高輝度が保持される期間は約１００ミリ秒間〜１３０ミリ秒間と比較的に長い。また、第２オン電圧を３０Ｖとしたときには、一旦高い透過率（すなわち高輝度）となった後に定常状態における透過率で安定するが、定常状態における透過率との差（変化量）は他の第２オン電圧に比べて少ない。高輝度が保持される期間は約１００ミリ秒間〜１２０ミリ秒間である。

図４に示す結果から、第２オン電圧として２０Ｖを選んだ場合には、高輝度が保持される期間における透過率の変化が少なく（すなわち一旦暗くなることがなく）、他の第２オン電圧に比べても明るさの点で特に適しているといえる。なお、図４においては省略したが、第１オン電圧（本例では３Ｖ）を印加したときには、透過率は、時間経過とともに徐々に上昇し、約１００ミリ秒間を経過した後に定常状態における透過率で安定する。すなわち、第２オン電圧を印加した場合のように一時的に高い透過率を示すことはない。これは、第１オン電圧の印加時には上記したバックフローが生じないためである。

図５は、第２オン電圧として２０Ｖを印加した際のハイビームの視角特性の過渡的変化を示す図である。図５に示すように、ハイビーム用レンズ２２から出射する光はほぼ正面に抜けており、ほとんど散乱していないことがわかる。

図６は、液晶素子に供給される駆動電圧のいくつかの例を示す波形図である。例えば、図６（ａ）の左側に示すように、点灯を指示する制御信号が比較的に短い時間幅（図示の例では３０ミリ秒）で液晶駆動部２３に入力された場合、換言すればいわゆるパッシングを指示する制御信号が液晶駆動部２３に入力された場合を考える。この場合に、液晶駆動部２３は、制御信号に応じた時間幅で第２オン電圧（図示の例では２０Ｖ）を液晶素子１４に印加する。それにより、車両用灯具からは上記したように通常の照射光の色彩とは異なる色彩かつ高輝度の照射光が瞬間的に出射される。

また、図６（ｂ）に示すように、点灯を指示する制御信号が上記した図６（ｂ）の場合より長い時間幅（図示の例では２００ミリ秒）で液晶駆動部２３に入力された場合、換言すればいわゆるパッシングを指示する制御信号が液晶駆動部２３に入力された場合を考える。この場合に、液晶駆動部２３は、第２オン電圧（図示の例では２０Ｖ）を液晶素子１４に印加し、その後、第３オン電圧（本例では３Ｖ）を液晶素子１４に印加する。それにより、車両用灯具からは上記したように通常の照射光の色彩とは異なる色彩かつ高輝度の照射光が瞬間的に出射され、その後通常の照射光が出射される。第２オン電圧を与える時間幅については基本的に任意であるが、上記した実験結果を考慮すると、過渡期において高輝度が維持される時間幅に対応して設定することが望ましい。それにより、色彩を変化させる効果が高い期間を過ぎても第２オン電圧を与え続けることがなく、液晶素子１４の駆動に要する電力消費を抑えることや、液晶素子１４の劣化を抑制することが可能となる。また、本例のよう第３オン電圧と第１オン電圧とを同じ大きさに設定することにより、液晶駆動部２３の構成を簡素化できる。

また、図６（ｃ）に示すように、通常の点灯を指示する制御信号が液晶駆動部２３に入力された場合に、液晶駆動部２３は、上記と同様に第２オン電圧を液晶素子１４に印加し、その後、第３オン電圧を液晶素子１４に印加する。それにより、車両用灯具からは上記したように通常の照射光の色彩とは異なる色彩かつ高輝度の照射光が瞬間的に出射され、その後通常の照射光が出射される。上記のような駆動電圧とすることで、上記した図６（ａ）、図６（ｂ）のパッシング動作の場合と共通の駆動電圧パターンを用意しておけば済むため、液晶駆動部２３の構成を簡素化できる。なお、始めから第１オン電圧だけを印加してもよい。

また、図６（ｄ）に示すように、フォグランプの点灯を指示する制御信号が液晶駆動部２３に入力された場合には、液晶駆動部２３は、第２オン電圧を間欠的に液晶素子１４に入力する。第２オン電圧の印加時の繰り返し周期は、例えば過渡期において高輝度が維持される時間幅に対応して設定することが望ましい。それにより、車両用灯具からは、通常の照射光とは異なる色彩の照射光が出射される。この照射光は厳密にいえば明暗を繰り返すが、その繰り返し周期が比較的に短ければ、外観上はほぼ連続的に照射されているように体感できる状態となり得る。

なお、第１実施形態においては、各反射偏光素子、液晶素子、反射板をそれぞれ光源の光軸に対して略４５度の角度で配置する場合を例示していたが、配置状態はこれに限定されない。具体的には、各反射偏光素子は、光路中に障害物が進入しないように偏光分離を行うことができる配置、角度であればよい。例えば、第１実施形態においては、第１反射偏光素子１３と第２反射偏光素子１５は同一方向への反射を行う形態を例示しているが、これに限定されない。すなわち、光源の光軸と異なる方向へ反射を行い、各曲面反射部で遮光板２０に向かう集光を行うことができれば、各反射偏光素子での反射の方向に制限はない。例えば、上下、左右、前後と異なる方向への反射を行うように各反射偏光素子を構成することもできる。

また、曲面反射部については反射偏光素子ごとに遮光板に集光を行うよう構成することが好ましいが、各反射偏光素子の反射方向が同一方向、または反射光が曲面反射部へ至る際に一体化する方向であるときなどは、一面の曲面反射部として構成してもよい。

また、第１実施形態においては、液晶素子を第１反射偏光素子とほぼ一体化した構成としたため、第１反射偏光素子と液晶素子が同じ配置となっている。しかし、液晶素子の奏する効果は位相差を生じ、またはバックフローを生じることであり、この効果のためには光源の光軸に対して液晶素子が傾いた配置であることに必然性はない。反射偏光素子と分離して液晶素子を配置する場合には、液晶素子を、光源の光軸を法線とする配置としても構わない。また、液晶素子の表面反射による損失を許容できる範囲内で傾いた配置を行っても構わない。

また、第１実施形態においては、説明を簡易にするために、反射板は光源の光軸に対して略４５度の配置としているが、配置状態はこれに限定されない。プロジェクターレンズを迂回する光路を構成することが目的であるので、障害物が進入しない光路が構成されるのであれば、反射板の配置角度に制限はない。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態の車両用灯具の構成を示す模式的な断面図である。図７に示す車両用灯具は、車両の前照灯（ヘッドランプ）として用いられるものであり、光源１１、コリメートレンズ１２、偏光プリズム３０、液晶素子１４、偏光素子３１、プロジェクターレンズ２１ａ、液晶駆動部２３を含んで構成されている。なお、第１実施形態の車両用灯具と共通する構成については同符号を付しており、それらの詳細な説明は省略する。

偏光プリズム３０は、コリメートレンズ１２を挟んで光源１１の前方（光源１１からの光の進行方向。以下も同様）に、光源１１からの光の進行方向に対して略直交するようにして配置されている。光源１１から出射し、コリメートレンズ１２によって平行性が高められた光が偏光プリズム３０を通過することにより、当該光は全成分が同一の振動方向の直線偏光となる。偏光プリズム３０の構造の詳細については後述する。

液晶素子１４は、偏光プリズム３０を挟んで光源１１の前方に配置されている。液晶素子１４の構造の詳細については上述した第１実施形態と同様である（図２参照）。本実施形態の液晶素子１４は、光源１１からの光の進行方向に対して略直交するようにして偏光プリズム３０の後段に配置されている。

偏光素子（偏光板）３１は、液晶素子１４を挟んで光源１１の前方に配置されている。本実施形態の偏光素子３１は、その透過軸が上記した偏光プリズム３０から出射する直線偏光の振動方向と略直交するように配置されている。本実施形態の偏光素子３１は、光源１１からの光の進行方向に対して略直交するようにして液晶素子１４の後段に配置されている。

本実施形態においては、上記の偏光プリズム３０、液晶素子１４および偏光素子３１によって液晶シャッター３２が構成されている。この液晶シャッター３２は、液晶駆動部２３によって供給される駆動信号に基づいて、光源１１からの光を透過させ、又は遮断する機能を奏する。

図８は、偏光プリズム３０の構造を説明するための模式的な上面図である。図８（ａ）に示すように、偏光プリズム３０は、基材部３０ａと複数のλ／２波長板（１／２波長板）３０ｂを備える。また本例の偏光プリズム３０は、マイクロレンズアレイ３０ｃをさらに備える。基材部３０ａは、対向する２面（第１面および第２面）の間に設けられた複数のプリズム部３０ｄおよび複数のミラー部３０ｅを有する。各プリズム部３０ｄおよび各ミラー部３０ｅは、それぞれ基材部３０ａの２面に対して略４５度に傾いた斜面を有しており、当該２面と平行な一方向に沿って交互に配置されている。λ／２波長板３０ｂの各々は、基材部３０ａの各プリズム部３０ｄと対応付けて配置されている。マイクロレンズアレイ３０ｃは、複数のマイクロレンズを連ねて構成されており、基材部３０ａよりも光源１１に近い側に、当該基材部３０ａと近接して配置されている。マイクロレンズアレイ３０ｃの各マイクロレンズは、図示のようにλ／２波長板３０ｂの位置と対応づけて配置されている。図８（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ３０ｃの各マイクロレンズに入射した光は、各λ／２波長板３０ｂの配置方向へ向けて集光される。

偏光プリズム３０を用いることにより、この偏光プリズム３０に入射した光を同一の振動方向の直線偏光に変換する原理について図８（ｃ）を用いて説明する。マイクロレンズアレイ３０ｃに入射した光は、基材部３０ａの各プリズム部３０ｄに集光される。すなわち、偏光プリズム３０に入射した光（ランダム光）は、偏光プリズム３０内において複数箇所に離散的に集光される。各プリズム部３０ｄに入射した光のうち、Ｓ偏光は各プリズム部３０ｄの斜面で反射され、Ｐ偏光はそのまま透過する。各プリズム部３０ｄの斜面で反射されたＳ偏光は、ミラー部３０ｅへ入射し、当該ミラー部３０ｅで反射され、Ｓ偏光のまま偏光プリズム３０から出射する。一方、各プリズム部３０ｄを透過したＰ偏光は、各λ／２波長板３０ｂに入射し、当該λ／２波長板３０ｂによってＳ偏光に変換され、偏光プリズム３０から出射する。以上のように、原理上、偏光プリズム３０へ入射した光の全成分はＳ偏光に変換され、偏光プリズム３０から出射する。このため、一般的な偏光素子を用いる場合に比べて光の利用効率を高めることができる。

図９は、第２実施形態の車両用灯具の模式的な正面図である。図９（ａ）はロービームを生成する際の動作を示している。図示のように、液晶シャッター３２を構成する液晶素子１４に対して、カットオフ形状部分（ロービーム発生部）に対応する領域で液晶層５７に第１オン電圧（例えば３Ｖ程度）を印加し、それ以外の領域では液晶層５８に電圧を無印加とする（オフ電圧を印加する）。あるいは、カットオフ形状部分にのみ電極を設けるように液晶素子１４を構成してもよい。これにより、図中斜線で示したように光源１１からの光を遮断する領域を形成できる。本実施形態ではプロジェクターレンズ（凸レンズ）２１ａを用いているため、液晶シャッター３２を通過し、プロジェクターレンズ２１ａに入射した光は反射投影され、反転投影像として出射される。それにより、ロービームが生成される。また、上記した第１実施形態と同様に、液晶素子１４の液晶層５７に対して第２オン電圧（例えば２０Ｖ）を印加した場合には、車両用灯具からは通常の照射光の色彩とは異なる色彩かつ高輝度の照射光（ロービーム）が一時的に出射される。駆動電圧の詳細については上記した通りである（図６参照）。

図９（ｂ）はハイビームを生成する際の動作を示している。図示のように、液晶シャッター３２を構成する液晶素子１４に対して、全ての領域で液晶層５７に第１オン電圧（例えば３Ｖ程度）を印加することにより、図示のように光源１１からの光が液晶シャッター３２によって遮られることがなく、ハイビームを形成できる。また、上記した第１実施形態と同様に、液晶素子１４の液晶層５７に対して第２オン電圧（例えば２０Ｖ）を印加した場合には、車両用灯具からは通常の照射光の色彩とは異なる色彩かつ高輝度の照射光（ハイビーム）が出射される。駆動電圧の詳細については上記した通りである（図６参照）。

（第３実施形態）
図１０は、第３実施形態の車両用灯具の構成を示す模式的な断面図である。図１０に示す車両用灯具は、車両の前照灯（ヘッドランプ）として用いられるものであり、光源１１、コリメートレンズ１２、偏光プリズム３０、液晶素子１４、反射偏光素子１５ｂ、曲面反射部１９ｂ、遮光板（シェード）２０ｂ、プロジェクターレンズ２１ｂ、ハイビーム用レンズ２２ｂ、液晶駆動部２３を含んで構成されている。なお、第１実施形態または第２実施形態の車両用灯具と共通する構成については同符号を付しており、それらの詳細な説明は省略する。

コリメートレンズ１２、偏光プリズム３０、液晶素子１４のそれぞれは、第２実施形態の場合と同様に構成されており、光源１１からの光の進行方向に配置されている。

反射偏光素子１５ｂは、上記した第１実施形態における第２反射偏光素子１５と同様の構造を有している。この反射偏光素子１５ｂは、光源１１からの光の平均的な光軸に対して略４５度に傾け、かつ偏光透過軸を水平方向にして、液晶素子１４の後段に配置されている。反射偏光素子１５ｂの偏光透過軸は、偏光プリズム３０から出射する偏光の振動方向に対して略９０度の角度で交差するように配置されている。

曲面反射部１９ｂは、上記した反射偏光素子１５ｂの上方に当該反射偏光素子１５ｂと所定距離を空けて配置されている。本実施形態における曲面反射部１９ｂは、球面あるいは放物面などの曲面からなる反射面を有し、その焦点を遮光板２０ｂの近傍にほぼ合わせるように配置される。反射偏光素子１５ｂからの光は、曲面反射部１９ｂの反射面において全反射し、焦点に集光される。

遮光板２０ｂは、上記した曲面反射部１９ｂからの光の進行方向に配置されている。この遮光板２０ｂは、曲面反射部１９ｂからの光の一部成分を遮り、かつカットオフを形成し得る形状を有する。このとき、遮光板２０ｂにより遮られずにプロジェクターレンズ２１ｂへ進行し、プロジェクターレンズ２１ｂから出射する光が本実施形態の車両用灯具におけるロービームに対応する。本実施形態では、ロービームの最大高度が３００００ｃｄ程度となるように、遮光板２０ｂによる遮光量が設定される。

プロジェクターレンズ２１ｂは、上記した曲面反射部１９ｂからの光を集光し得るように、遮光板２０ｂの前方に配置されている。本実施形態におけるプロジェクターレンズ２１ｂは、比較的に大型の凸レンズであり、その焦点が遮光板２０ｂの近傍に位置し、かつ曲面反射部１９ｂの焦点ともほぼ同じ位置となるように配置されている。

ハイビーム用レンズ２２ｂは、偏光反射素子１５ｂを挟んで、光源１１からの光の進行方向に配置されており、偏光反射素子１５ｂを透過した光を集光する。ハイビーム用レンズ２２ｂから出射する光が本実施形態の車両用灯具におけるハイビームに対応する。

次に、図１０に示した車両用灯具の動作について説明する。

光源１１からの光が偏光プリズム３０に入射すると、この光はすべてＳ偏光となって偏光プリズム３０から出射し、液晶素子１４へ入射する。

液晶素子１４へ供給される駆動電圧がオフ電圧（本例では０Ｖ）である場合には、液晶素子１４へ入射したＳ偏光は、その振動方向が変化することなく液晶素子１４を透過し、反射偏光素子１５ｂに入射する。この場合には、入射したＳ偏光の振動方向と反射偏光素子１５ｂの偏光透過軸方向とが一致しないため、Ｓ偏光は、反射偏光素子１５ｂによって反射されて曲面反射部１９ｂに入射する。曲面反射部１９ｂに入射したＳ偏光は、遮光板２０ｂの近傍に集光され、一部成分が遮光された後にプロジェクターレンズ２１ｂに入射する。プロジェクターレンズ２１ｂを透過したＳ偏光は、所定の配光パターンのロービームとなって車両用灯具の外部（具体的には車両前方）を照射する。

一方、液晶素子１４へ供給される駆動電圧が第１オン電圧（本例では３Ｖ）である場合には、電圧印加により液晶層５７の配向分布が変化するため、液晶素子１４へ入射したＳ偏光は、液晶素子１４を透過することにより振動方向が略９０度変化し、反射偏光素子１５ｂに入射する。この場合には、入射したＳ偏光の振動方向と反射偏光素子１５ｂの偏光透過軸方向とが一致するため、Ｓ偏光は、反射偏光素子１５ｂを透過し、ハイビーム用レンズ２２ｂへ入射する。ハイビーム用レンズ２２に入射したＳ偏光は、所定の配光パターンのハイビームとなって車両用灯具の外部（具体的には車両前方）を照射する。

また、液晶素子１４へ供給される駆動電圧が第２オン電圧（本例では２０Ｖ）である場合においても、上記と同様にハイビームが生成され、車両用灯具の外部に照射される。このとき、駆動電圧を上記のような十分に高いオン電圧とすることで、通常のハイビームにおける照射光の色彩とは異なる色彩であり、かつ相対的に明るい（高輝度の）照射光を発生させることができる。本例では、通常の照射光の色彩がほぼ白色であるのに対して、高輝度時における照射光の色彩は黄色である。駆動電圧の詳細については上記した通りである（図６参照）。

図１１は、図１０に示した車両用灯具の変形実施例の構成を示す模式的な断面図である。図１１に示す車両用灯具は、図１０に示した車両用灯具におけるプロジェクターレンズ２１ｂ、ハイビーム用レンズ２２ｂおよび液晶駆動部２３以外の構成要素の配置を変更して構成されている。

コリメートレンズ１２、偏光プリズム３０、液晶素子１４のそれぞれは、第２実施形態の場合と同様に構成されており、光源１１からの光の進行方向に配置されている。

反射偏光素子１５ｂは、光源１１からの光の平均的な光軸に対して略４５度に傾け、かつ偏光透過軸を水平方向にして、液晶素子１４の後段に配置されている。反射偏光素子１５ｂの偏光透過軸は、偏光プリズム３０から出射する偏光の振動方向に対して略９０度の角度で交差するように配置されている。

曲面反射部１９ｂは、上記した反射偏光素子１５ｂの下方に当該反射偏光素子１５ｂと所定距離を空けて配置されている。

遮光板２０ｂは、上記した反射偏光素子１５ｂからの光の進行方向に配置されている。この遮光板２０は、反射偏光素子１５ｂからの光の一部成分を遮り、かつカットオフを形成し得る形状を有する。このとき、遮光板２０ｂにより遮られずにプロジェクターレンズ２１ｂへ進行し、プロジェクターレンズ２１ｂから出射する光が本実施形態の車両用灯具におけるロービームに対応する。本実施形態では、ロービームの最大高度が３万ｃｄ程度となるように、遮光板２０ｂによる遮光量が設定される。

プロジェクターレンズ２１ｂは、上記した反射偏光素子１５ｂからの光を集光し得るように、遮光板２０ｂの前方に配置されている。本実施形態におけるプロジェクターレンズ２１ｂは、比較的に大型の凸レンズであり、その焦点が遮光板２０ｂの近傍に位置し、かつ曲面反射部１９ｂの焦点ともほぼ同じ位置となるように配置されている。

ハイビーム用レンズ２２ｂは、曲面反射部１９ｂからの光の進行方向に配置されており、曲面反射部１９ｂからの光を集光する。ハイビーム用レンズ２２ｂから出射する光が本実施形態の車両用灯具におけるハイビームに対応する。

次に、図１１に示した車両用灯具の動作について説明する。

光源１１からの光が偏光プリズム３０に入射すると、この光はすべてＳ偏光となって偏光プリズム３０から出射し、液晶素子１４へ入射する。

液晶素子１４へ供給される駆動電圧がオフ電圧（本例では０Ｖ）である場合には、液晶素子１４へ入射したＳ偏光は、その振動方向が変化することなく液晶素子１４を透過し、反射偏光素子１５ｂに入射する。この場合には、入射したＳ偏光の振動方向と反射偏光素子１５ｂの偏光透過軸方向とが一致しないため、Ｓ偏光は、反射偏光素子１５ｂによって反射されて曲面反射部１９ｂに入射する。曲面反射部１９ｂに入射したＳ偏光は、ハイビーム用レンズ２２ｂに入射する。ハイビーム用レンズ２２ｂを透過したＳ偏光は、所定の配光パターンのハイビームとなって車両用灯具の外部（具体的には車両前方）を照射する。

一方、液晶素子１４へ供給される駆動電圧が第１オン電圧（本例では３Ｖ）である場合には、電圧印加により液晶層５７の配向分布が変化するため、液晶素子１４へ入射したＳ偏光は、液晶素子１４を透過することにより振動方向が略９０度変化し、反射偏光素子１５ｂに入射する。この場合には、入射したＳ偏光の振動方向と反射偏光素子１５ｂの偏光透過軸方向とが一致するため、Ｓ偏光は、反射偏光素子１５ｂを透過する。反射偏光素子１５ｂを透過したＳ偏光は、遮光板２０ｂによって一部成分が遮光された後にプロジェクターレンズ２１ｂに入射する。プロジェクターレンズ２１ｂを透過したＳ偏光は、所定の配光パターンのロービームとなって車両用灯具の外部（具体的には車両前方）を照射する。

また、液晶素子１４へ供給される駆動電圧が第２オン電圧（本例では２０Ｖ）である場合においても、上記と同様にロービームが生成され、車両用灯具の外部に照射される。このとき、駆動電圧を上記のような十分に高いオン電圧とすることで、通常のロービームにおける照射光の色彩とは異なる色彩であり、かつ相対的に明るい（高輝度の）照射光を発生させることができる。本例では、通常の照射光の色彩がほぼ白色であるのに対して、高輝度時における照射光の色彩は黄色である。駆動電圧の詳細については上記した通りである（図６参照）。

（変形実施の態様等）
なお、本発明は上述した各実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明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、上述した各実施形態においては液晶素子の一例として垂直配向型の液晶素子を説明していたが、これに代えて、ＴＮ（水平配光９０度捻れネマティック）型の液晶素子等を用いてもよい。

また、上記したプロジェクターレンズとハイビーム用レンズとは一体に形成されていてもよい。さらに、各反射偏光素子については、光源からの光の進行方向に対して略４５度に傾ける旨を説明していたが、この傾ける角度は、例えば３５度〜５５度程度の範囲内で適宜に設定することができる。

また、上記した実施形態においては本発明を前照灯としての車両用灯具に適用した場合について説明していたが、補助ランプ、フォグランプ、コーナリングランプなど他の車両用灯具に本発明を適用してもよいし、屋内証明、街路灯、懐中電灯などの一般照明用の灯具に本発明を適用してもよい。

１１…光源、１２…コリメートレンズ、１３…第１反射偏光素子、１４…液晶素子、１５…第２反射偏光素子、１５ｂ…反射偏光素子、１６…反射板（ミラー）、１７…反射板（ミラー）、１８…曲面反射部、１９、１９ｂ…曲面反射部、２０…遮光板（シェード）、２１、２１ａ、２１ｂ…プロジェクターレンズ、２２、２２ｂ…ハイビーム用レンズ、２３…液晶駆動部、３０…偏光プリズム、３０ａ…基材部、３０ｂ…λ／２波長板、３０ｃ…マイクロレンズアレイ、３０ｄ…プリズム部、３０ｅ…ミラー部、３１…偏光素子（偏光板）、３２…液晶シャッター、５１…第１基板、５２…第２基板、５３…第１電極、５４…第２電極、５５…配向膜、５６…配向膜、５７…液晶層、６０…コントローラ、６１、６２…ドライバ

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源から出射する光の進路上に配置された第１偏光素子と、
   液晶層を有し、前記第１偏光素子を透過する前記光の進路上に配置された液晶素子と、
   前記液晶素子を透過する前記光の進路上に配置された第２偏光素子と、
   前記液晶素子のしきい値電圧より低いオフ電圧、前記しきい値電圧より高い第１オン電圧、前記第１オン電圧より高く、かつ前記液晶素子の前記液晶層にバックフローを生じさせる高さの第２オン電圧、の何れかを前記液晶素子に対して選択的に供給する液晶駆動部と、
   を含む、車両用灯具。
2. 前記液晶駆動部は、前記第２オン電圧の供給を開始してから所定期間が経過した後に、前記液晶素子のしきい値電圧より高い第３オン電圧を供給する、請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記第１オン電圧と前記第３オン電圧とが等しい、請求項２に記載の車両用灯具。
4. 前記第１偏光素子及び前記第２偏光素子は、各々、前記光の入射する方向に対して斜めに配置された反射偏光素子である、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偏光素子は、偏光プリズムである、請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用灯具。
6. 前記第２偏光素子は、前記光の入射する方向に対して斜めに配置された反射偏光素子である、請求項５に記載の車両用灯具。

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