JP5577138B2 - 車両用前照灯 - Google Patents

Description

本発明は、車両用前照灯に関する。

近年、配光パターンを変更可能な可変配光型の車両用前照灯として、様々な構成のものが提案されている。

例えば、特許文献１に記載の車両用前照灯は、異なる形状のパターン形成エッジを有する複数の遮光板を切り替えて使用することにより、各遮光板のエッジ形状に対応した複数の配光パターンを形成可能としている。
ところが、この車両用前照灯では、所望の配光パターンの数だけ遮光板を設けなくてはならないために、変更可能な配光パターン数が必然的に限られてしまう。

これに対し、特許文献２に記載の車両用前照灯では、マトリクス状に配列された多数の発光部を選択的に点灯させ、その光を投影レンズで車両前方へ投影することにより、点灯している発光部の配列形状に応じた多様な配光パターンが形成可能となっている。
また、特許文献３に記載の車両用前照灯は、光源からの光を反射させる傾倒可能な複数のミラー素子と、その反射光を車両前方へ投影させる投影レンズとを備えており、複数のミラー素子の傾倒角度を個別にデジタル制御することにより、投影レンズへの各反射光の入射／非入射のデューティー比に応じた多様な配光パターンを形成可能としている。

特開２００９−２１１９６３号公報 特開２００８−１０２２８号公報 特許第３９８２４１２号公報

しかしながら、特許文献２に記載の車両用前照灯では、発光部を多数配列させる必要から光源部分が大きくなりがちで、その出射光を投影させる投影レンズは更に大きくなるために、全体としてコンパクトに構成することが難しい。
また、特許文献３に記載の車両用前照灯では、複数のミラー素子からの各反射光の輝度制御ができないために、形成可能な配光パターンが光度分布等についての規格要件を必ずしも満足しない懸念がある。つまり、配光パターンの多様さに限界がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、多様な配光パターンを形成することのできるコンパクトな車両用前照灯の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
光源と、二次元的に傾倒可能なミラー部材と、前記光源からの光を受けて可視光を出射する蛍光体が全体として面状に担持された蛍光体パネルと、投影レンズと、前記ミラー部材の傾倒を制御する制御手段とを備え、車両前方に所定の配光パターンを形成する車両用前照灯であって、
前記ミラー部材は、前記光源から出射された光を前記蛍光体パネルに向けて反射可能な位置に設けられるとともに、その傾倒に伴って前記光源からの光の反射方向を変化させて当該光を前記蛍光体パネルの表面上に走査可能に構成され、
前記制御手段は、前記ミラー部材の傾倒角度及び傾倒方向を制御することで、前記光源から出射されて当該ミラー部材で反射された光を所定の走査パターンで前記蛍光体パネルの表面上に走査させ、
前記投影レンズは、前記ミラー部材からの反射光が前記蛍光体パネルの表面上に走査されたことに伴って当該蛍光体パネルから出射される可視光を、車両前方に向けて投影し、
前記配光パターンは、前記走査パターンに対応したパターン変化部分を有するものであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用前照灯において、
前記ミラー部材はＭＥＭＳミラーであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両用前照灯において、
前記光源はレーザー装置であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両用前照灯において、
前記光源から出射された光を前記ミラー部材へ向かう方向に収束させる光学素子を備え、
前記光源は発光ダイオードであることを特徴とする。

本発明によれば、ミラー部材の傾倒を制御して、光源から出射されてミラー部材で反射された光を所定の走査パターンで蛍光体パネル上に走査させることで、この走査パターンに対応した形状及び光度で分布する可視光が蛍光体パネルから出射され、投影レンズで車両前方へ投影される。つまり、蛍光体パネル上での走査パターンに対応した配光パターンが形成される。これにより、従来のように発光部（光源）を多数設ける必要なく、ミラー部材の傾倒を変化させるだけで、配光パターンを自在に変更することができる。したがって、従来に比べてコンパクトに構成することができるとともに、多様な配光パターンを形成することができる。

車両用前照灯の概略構成を示す図である。 蛍光体パネルの（ａ）正面図であり、（ｂ）断面図である。 車両用前照灯の制御構成を示すブロック図である。 可変配光ユニットの変形例の概略構成を示す図である。 車両用前照灯の変形例の概略構成を示す図である。 蛍光体パネルの変形例の（ａ）正面図であり、（ｂ）断面図である。 蛍光体パネルの他の変形例の（ａ）正面図であり、（ｂ）断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

＜車両用前照灯の構成＞
図１は、本実施形態における車両用前照灯１の概略構成を示す図である。
車両用前照灯１は、車両前方に形成する配光パターンを変更可能な可変配光型のものであり、図１に示すように、互いに隣接して設けられた固定配光ユニット２と可変配光ユニット３とを備えている。

このうち、固定配光ユニット２は、車両用前照灯１が形成可能な複数の配光パターンにおいて共通する部分（例えば、ロービーム／ハイビームを切り替える場合での水平線より下方の路面照射部分；以下、パターン共通部分という）を形成するものである。この固定配光ユニット２は、車両前方の所定範囲を照射可能であればよく、プロジェクト型やリフレクタ型等の従来より公知の車両用灯具によって構成できるため、その詳細な説明は省略する。

一方、可変配光ユニット３は、車両用前照灯１が形成可能な複数の配光パターンにおいて変化する部分、つまり、各配光パターンのうち固定配光ユニット２が形成するパターン共通部分以外の部分（以下、パターン変化部分という）を形成するものである。この可変配光ユニット３は、光源モジュール３０と投影レンズ４０とを備えており、光源モジュール３０から出射された光が投影レンズ４０によって車両前方へ投影されるように構成されている。

光源モジュール３０は、平面視方形状に形成された金属製の筐体３１によって内部が密封された状態に構成されている。筐体３１には、２つのレーザー装置３２，３２と、２つのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー３３，３３とが内部に収容されるとともに、蛍光体パネル３４が前面の一部として構成されている。

このうち、レーザー装置３２，３２は、所定波長のレーザー光を出射するものであって、本願発明に係る光源である。このレーザー装置３２，３２は、筐体３１内の後部に設けられ、筐体３１の両側面へ向けて個別にレーザー光を出射するように構成されている。レーザー装置３２，３２が出射するレーザー光は、本実施形態においては、青色光となっている。また、レーザー装置３２，３２の後方にあたる筐体３１の後面には、冷却フィン３１ａが形成されており、主にレーザー装置３２，３２による発熱が冷却されるようになっている。

ＭＥＭＳミラー３３，３３は、本願発明に係るミラー部材であり、レーザー装置３２，３２から出射されたレーザー光を反射させるものである。このＭＥＭＳミラー３３，３３は、レーザー装置３２，３２の光軸上に位置するように筐体３１の両側面に配設されており、レーザー装置３２，３２と個別に対をなしている。また、ＭＥＭＳミラー３３，３３は、二次元的に傾倒可能に構成されており、レーザー装置３２，３２から出射されたレーザー光の反射方向を自在に変えられるようになっている。このようなＭＥＭＳミラー３３，３３としては、例えば、特開２００５−１２８１４７号公報や特許第４０９２２８３号公報等に記載の公知のものを適用することができる。

図２（ａ）は、筐体３１の内部から見た蛍光体パネル３４の正面図であり、（ｂ）は断面図である。
これらの図に示すように、蛍光体パネル３４は、ガラス製又はシリコン製の枠体３４１に蛍光体３４２が担持された構成となっている。より詳しくは、枠体３４１には、厚さ方向に貫通する複数の孔部３４１ａがマトリクス状に形成されており、この孔部３４１ａに蛍光体３４２が充填されている。蛍光体３４２は、レーザー装置３２，３２から出射された青色光を受けることで励起されてこの青色光と補色の関係にある黄色光を発するような蛍光材料である。そのため、この蛍光体３４２からは青色光と黄色光とが混色して白色光が得られる。なお、特に限定はされないが、蛍光体３４２が充填される孔部３４１ａの大きさは、上下方向が８０μｍ以下、左右方向が１００μｍ以下となっている。また、隣接する２つの孔部３４１ａ，３４１ａを仕切る枠体３４１の厚さは５０μｍ以下となっている。

続いて、車両用前照灯１の制御構成について説明する。
図３は、車両用前照灯１の制御構成を示すブロック図である。

この図に示すように、車両用前照灯１は、上述の固定配光ユニット２及び可変配光ユニット３に加え、前方センサ４と、記憶部５と、通信部６と、制御部７とを備えている。

前方センサ４は、車両前方をセンシングして周辺情報を入手する。ここでいう周辺情報とは、歩行者，自転車，対向車，先行車及び障害物等の存在や路面状況のことである。このような前方センサ４としては、カメラ，レーダー，音響センサなどの公知のセンサを用いることができる。

記憶部５は、交通信号や外部照明，道路標識等の位置情報のほか、道路に関する２次元及び３次元の幾何情報を含む地図情報を記憶している。
通信部６は、車両外部との通信により自車位置情報や時刻，天候等の環境情報を入手する。
なお、これら記憶部５及び通信部６に係る各種情報は、車両に設けられた機器から入手することとしてもよい。

制御部７は、上記各部と接続されるとともに、演算処理部７１と駆動制御部７２とを備えている。
このうち、演算処理部７１は、前方センサ４，記憶部５及び通信部６から各種情報を受信して、形成すべき最適な配光パターンを決定する。そして、この配光パターンの形状や光度分布についての配光パターン情報を駆動制御部７２へ出力する。このとき、各部からの各種情報は逐次更新され、配光パターンの決定及び配光パターン情報の出力は所定の時間間隔で繰り返し行われる。
一方、駆動制御部７２は、固定配光ユニット２の点灯制御を行うほか、演算処理部７１から入力された配光パターン情報に基づいてレーザー装置３２，３２及びＭＥＭＳミラー３３，３３を制御する。具体的には、駆動制御部７２は、レーザー装置３２，３２から出射されるレーザー光の点灯強度及び点灯時間を制御するとともに、ＭＥＭＳミラー３３，３３の傾倒角度及び傾倒方向を制御する。

＜配光パターンの形成プロセス＞
続いて、車両用前照灯１における配光パターンの形成プロセスについて説明する。
まず、上述のように、演算処理部７１が各種情報に基づいて最適な配光パターンを決定すると、駆動制御部７２は、この配光パターンについての配光パターン情報に基づいてレーザー装置３２，３２及びＭＥＭＳミラー３３，３３を制御する。また、駆動制御部７２は、固定配光ユニット２が点灯していない場合にはこれを点灯させ、配光パターンのうちのパターン共通部分を形成させる。

そして、駆動制御部７２は、レーザー装置３２，３２及びＭＥＭＳミラー３３，３３を制御して、レーザー装置３２，３２から出射されてＭＥＭＳミラー３３，３３で反射された光を、形成すべきパターン変化部分に対応した所定の走査パターンで蛍光体パネル３４上に走査させる。ここで「走査パターン」とは、光度の変化を含む走査軌跡のことである。
なお、２組のレーザー装置３２及びＭＥＭＳミラー３３には、いずれも同じ走査パターンで光を走査させてもよいし、それぞれ異なる部分の走査を担当させてもよい。また、このときの走査態様としては、パターン変化部分の形状をなぞるように光を走査させる、いわゆるベクトルスキャンであってもよいし、パターン変化部分外となる部分も含めて蛍光体パネル３４全面に光を走査させる、いわゆるラスタースキャンであってもよい。或いは両方を組み合わせたものでもよい。但し、パターン変化部分内の特定箇所だけを強く照射したい場合には、ベクトルスキャンの方が効率的である。

蛍光体パネル３４上に光を走査させると、光が走査された部分の蛍光体３４２がこの光（青色光）により励起されて黄色光を発し、これら青色光と黄色光とが混色して白色光が出射される。こうして、走査パターンに対応した形状及び光度で分布する可視光が蛍光体パネル３４から出射され、投影レンズ４０によって車両前方へ投影されることで、走査パターンに対応したパターン変化部分が形成される。そして、このパターン変化部分と、固定配光ユニット２によって形成されたパターン共通部分とが同時に形成されて、全体として所望の配光パターンが形成される。

＜作用・効果＞
以上の車両用前照灯１によれば、レーザー装置３２，３２の点灯強度及びＭＥＭＳミラー３３，３３の傾倒を制御して、レーザー装置３２，３２から出射されてＭＥＭＳミラー３３，３３で反射された光を所定の走査パターンで蛍光体パネル３４上に走査させることで、この走査パターンに対応した形状及び光度で分布する可視光が蛍光体パネル３４から出射され、投影レンズ４０で車両前方へ投影される。つまり、蛍光体パネル３４上での走査パターンに対応したパターン変化部分（配光パターン）が形成される。これにより、従来のように発光部（光源）を多数設ける必要なく、レーザー装置３２，３２の点灯強度及びＭＥＭＳミラー３３，３３の傾倒を変化させるだけで、配光パターンを自在に変更することができる。したがって、従来に比べてコンパクトに構成することができるとともに、歩行者や対向車等の有無，或いは天候や路面状況等といった様々な走行条件に応じた多様な配光パターンを形成することができる。

また、２組のレーザー装置３２及びＭＥＭＳミラー３３を備えているので、形成可能な配光パターンの自由度が増すとともに、何れか１組に異常が発生した場合でも残りの１組にパターン変化部分を形成させて安全な車両走行を維持させることができる。

また、必要な照明領域だけに光を照射させて配光パターンを形成できるので、全照明領域に光を照射しつつ配光パターンに応じて遮光板で部分的に遮光するものに比べて、レーザー装置３２，３２（光源）の電力消費を抑えることができる。

また、ＭＥＭＳミラー３３，３３以外に可動部分を持たないので、例えば遮光板を切り替えて使用する可変配光型のものに比べて耐久性に優れる。
また、光源モジュール３０が密閉されているので、レーザー装置３２，３２からのレーザー光を外部に漏らすことがなく安全である。

＜変形例＞
なお、本発明は上記実施形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

例えば、上記実施形態では、光源としてレーザー装置３２，３２を用いているが、図４に示すように、光源として発光ダイオード３２Ａ，３２Ａを用いてもよい。但し、発光ダイオード３２Ａは、レーザー装置３２と異なりランバーシャンの照射特性を有するため、発光ダイオード３２Ａを用いる場合には、当該発光ダイオード３２Ａから出射された光をＭＥＭＳミラー３３へ向かう方向に収束させるコリメータレンズ３５を設けた方がよい。

また、上記実施形態では、可変配光ユニット３とは別体の固定配光ユニット２を設けているが、このような固定配光ユニット２に代えて、図５に示すように、可変配光ユニット３と一体的に構成された固定配光ユニット２Ａを設けてもよい。この固定配光ユニット２Ａは、蛍光体パネル３４側部の筐体３１前面に設けられ、可変配光ユニット３の投影レンズ４０を共用している。なお、この場合には、筐体３１に固定配光ユニット２Ａ用の冷却フィン３１ｂを設けることが好ましい。

また、固定配光ユニット２を設けずに、パターン共通部分を含む全ての配光パターンを可変配光ユニット３だけで形成してもよい。但し、このときには、２組のレーザー装置３２及びＭＥＭＳミラー３３のうち何れか１組に異常が発生した場合に、残りの１組でパターン共通部分を形成させることとし、とりあえず車両走行に支障をきたさないようにすることが安全上好ましい。

また、蛍光体パネル３４は、図６に示すように、各孔部３４１ａが枠体３４１の前方へ貫通していないものとしてもよいし、図７に示すように、図６の蛍光体パネル３４において隣接する孔部３４１ａ間の仕切りを取り除き、光源モジュール３０の内部に大きく開口する凹部３４１ｂを形成したものとしてもよい。
また、光学設計意図によっては、各孔部３４１ａに対応させて複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイ（何れも図示せず）を蛍光体パネル３４の出射面側に設けてもよい。ここで、図６，７に示すように、孔部３４１ａ又は凹部３４１ｂを枠体３４１の前方へ貫通させていない場合には、このマイクロレンズアレイを枠体３４１と一体的に構成してもよい。

また、レーザー装置３２，３２が青色光を出射し、蛍光体パネル３４が当該青色光により黄色光を発する蛍光体３４２を有することとしたが、これに限定されず白色光が得られる構成であればよい。例えば、レーザー装置３２，３２が紫外光を出射し、蛍光体パネル３４が赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各色光を発する３種類の蛍光体を有することとしてもよい。この場合には、例えばトリプレット配列やクアッド配列によって、３種類の蛍光体が充填された３つの孔部３４１ａを順番に配列させればよい。このようにすれば、紫外光で励起されたＲＧＢの各色光を混色させることで、白色光以外にも多彩な色の光を出射させることができ、配光パターンの多様性を更に向上させることができる。

また、レーザー装置３２及びＭＥＭＳミラー３３は、２組に限定されず、例えば筐体３１の上下左右の各面に合計４組設けてもよいし、更に、筐体３１の断面を多角形にすることで、レーザー装置３２とＭＥＭＳミラー３３の組合せの数を筐体３１断面の多角形状に合せた複数組とすることもできる。
また、ミラー部材としてＭＥＭＳミラー３３を用いることとしたが、レーザー装置３２からのレーザー光を蛍光体パネル３４上に走査可能であれば、例えばポリゴンミラーでもよい。
また、地図情報を記憶する記憶部５を設けずに、通信部６が車両外部との通信により地図情報を入手することとしてもよい。

１ 車両用前照灯
３２ レーザー装置（光源）
３２Ａ 発光ダイオード（光源）
３３ ＭＥＭＳミラー（ミラー部材）
３４ 蛍光体パネル
３５ コリメータレンズ（光学素子）
４０ 投影レンズ
７２ 駆動制御部（制御手段）
３４２ 蛍光体

Claims (4)

1. 光源と、二次元的に傾倒可能なミラー部材と、前記光源からの光を受けて可視光を出射する蛍光体が全体として面状に担持された蛍光体パネルと、投影レンズと、前記ミラー部材の傾倒を制御する制御手段とを備え、車両前方に所定の配光パターンを形成する車両用前照灯であって、
   前記ミラー部材は、前記光源から出射された光を前記蛍光体パネルに向けて反射可能な位置に設けられるとともに、その傾倒に伴って前記光源からの光の反射方向を変化させて当該光を前記蛍光体パネルの表面上に走査可能に構成され、
   前記制御手段は、前記ミラー部材の傾倒角度及び傾倒方向を制御することで、前記光源から出射されて当該ミラー部材で反射された光を所定の走査パターンで前記蛍光体パネルの表面上に走査させ、
   前記投影レンズは、前記ミラー部材からの反射光が前記蛍光体パネルの表面上に走査されたことに伴って当該蛍光体パネルから出射される可視光を、車両前方に向けて投影し、
   前記配光パターンは、前記走査パターンに対応したパターン変化部分を有するものであることを特徴とする車両用前照灯。
2. 前記ミラー部材はＭＥＭＳミラーであることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
3. 前記光源はレーザー装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用前照灯。
4. 前記光源から出射された光を前記ミラー部材へ向かう方向に収束させる光学素子を備え、
   前記光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用前照灯。

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