JP6140700B2 - 車両用灯具およびその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に取り付けられる車両用灯具およびその制御方法に関する。
数１００〜１０万個の微小な反射素子を備えたＤＭＤ（Digital Mirror Device）を利用した照明装置が、特許文献１により提案されている。特許文献１は、ＤＭＤの個々の反射素子により、照明装置から出射する光束の特性を簡単に広範囲に変化させることを提案している。
日本国特開平９−１０４２８８号公報
ところで、車両用灯具が形成する配光パターンは、左右方向の端部に位置する歩行者や障害物などの視認性を高めるために、上下方向の大きさよりも左右方向の大きさが大きい。ところが、市販の例えばテレビやプロジェクタ用に作成されたＤＭＤは、上下方向の寸法と左右方向の寸法が大きく異なっていない。そのため、このＤＭＤをそのまま利用して車両用灯具の配光パターンを形成すると、使用されない反射素子があるため、非効率となる。
そこで本発明は、既存のＤＭＤであっても、車両用灯具に求められる配光パターンを有効に形成することができる車両用灯具およびその制御方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決することのできる本発明の車両用灯具は、
投影レンズと、
前記投影レンズの後方焦点近傍に位置する投影面を有する二次元画像形成装置と、
前記二次元画像形成装置に光を照射する光源と、を備え、
前記投影面は、個別に駆動可能な複数の光学素子によって形成されており、
前記投影面は、複数の投影領域ごとに照射パターンを同時に形成可能とされており、
複数の前記照射パターンが前記投影レンズによって灯具前方に投影されて、単一または複数の配光パターンを形成することを特徴とする。
上記本発明に係る車両用灯具は、
少なくとも二つの前記照射パターンは、互いにその一部がオーバーラップするように前記投影レンズで投影されて、単一の前記配光パターンを形成してもよい。
上記本発明に係る車両用灯具は、
オーバーラップして投影される前記照射パターンの一部は、灯具前方の中央に投影されてもよい。
上記本発明に係る車両用灯具において、
前記光学素子は反射素子であり、
前記反射素子は、前記光源からの光を前記投影レンズに入射するように反射させる入射位置と、前記光源からの光が前記投影レンズに入射しないように反射させる非入射位置と、に個別に切り替え可能とされていてもよい。
上記本発明に係る車両用灯具において、
前記光学素子は液晶素子であり、
前記液晶素子は、前記光源からの光が前記投影レンズに入射するように透過させる透過状態と、前記光源からの光が前記投影レンズに入射しないように遮る非透過状態と、に個別に切り替え可能とされていてもよい。
上記課題を解決することのできる本発明の車両用灯具の制御方法は、
投影レンズと、
前記投影レンズの後方焦点近傍に位置する投影面を有する二次元画像形成装置と、
前記二次元画像形成装置に光を照射する光源と、を備え、
前記投影面は、個別に駆動可能な複数の光学素子によって形成されている、車両用灯具の制御方法であって、
前記投影面において複数の投影領域ごとに照射パターンを同時に形成可能とするように、前記二次元画像形成装置を駆動し、
複数の前記照射パターンを前記投影レンズによって灯具前方に投影し、単一または複数の配光パターンを形成することを特徴とする車両用灯具の制御方法。
本発明によれば、既存のＤＭＤであっても、車両用灯具に求められる配光パターンを有効に形成することができる車両用灯具およびその制御方法が提供される。
本発明にかかる実施形態の車両用前照灯の側断面図である。 図１に示した車両用前照灯の部分拡大図である。 ＤＭＤの投影面近傍を示す拡大図である。 （ａ）は投影面に形成される照射パターンを示す図、（ｂ）は仮想スクリーン上に形成される配光パターンを示す図である。 投影レンズの正面図である。 比較例に係る車両用灯具の投影面に形成される照射パターンを示す図である。 変形例に係る車両用灯具の投影面に形成される照射パターンを示す図である。 変形例に係る車両用灯具の図２と同様の図である。 図８に示した車両用灯具の投影面近傍を示す拡大図である。
以下、本発明に係る車両用灯具を車両用前照灯に適用した実施の形態の例を、図面を参照して説明する。本実施形態に係る車両用前照灯１は、車両の前側に取り付けられて、主に前方を照明する。
図１は、本実施形態に係る車両用前照灯１の側断面図である。なお、以下の説明において、車両用前照灯１による光照射方向を「前方（灯具前方）」といい、その反対側を「後方」という。
図１に示すように、車両用前照灯１は、灯具前方に開口する開口部を備えたハウジング２と、アウターカバー３とを備えている。アウターカバー３は、ハウジング２の開口部を覆うようにハウジング２に取り付けられており、ハウジング２との間に灯室Ｓを形成している。アウターカバー３は透明樹脂で形成された素通し状の部材である。
灯室Ｓ内には、光源としての一対のＬＥＤ４、二次元画像形成装置としてのＤＭＤ（Digital Mirror Device）１０、一対のＬＥＤ４からの光をそれぞれＤＭＤ１０へ向けて反射させる一対のリフレクタ５、ＤＭＤ１０からの光を灯具前方へ投影する投影レンズ６、灯具の前後方向に延びる遮光板７とが設けられている。
図２は、図１のＤＭＤ１０および投影レンズ６近傍を拡大して示す拡大図である。図２に示したように、ＤＭＤ１０の灯具前方側の面は投影面１１とされている。リフレクタ５は、ＬＥＤ４から出射した光をＤＭＤ１０の投影面１１に向けて反射させる反射面を備えている。一方のリフレクタ５はＬＥＤ４からの光を投影面１１の上部の投影領域１３ａ（図４の（ａ）参照）、他方のリフレクタ５は投影面１１の下部の投影領域１３ｂ（図４の（ａ）参照）に向けて反射させる。これにより、一対のリフレクタ５によって投影面１１の全面に光が照射される。
また、投影レンズ６は、その後方焦点ＦがＤＭＤ１０の投影面１１と略一致するように設けられている。これにより、ＤＭＤ１０の投影面１１に形成された照射パターンの上下左右が反転し拡大されて灯具前方に投影される。
図３は、ＤＭＤ１０の投影面１１近傍を拡大して示す拡大図である。ＤＭＤ１０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して形成されたものである。ＤＭＤ１０の単一の基板上に複数の反射素子（光学素子）１２がマトリクス状に配列されており、面状に配列された複数の反射素子１２によってＤＭＤ１０の投影面１１が形成されている。各々の反射素子１２は、回転軸周りに回転可能に設けられている。個々の反射素子１２に個別に電圧を印加することにより、矢印Ａに示される姿勢で静止する状態と矢印Ｂに示される姿勢で静止する状態とを個別に切り替え可能とされている。
反射素子１２が、矢印Ａの姿勢（反射面が投影面１１に対して略４５度の角度をなす姿勢）にあるときには、リフレクタ５から入射した光Ｌ１は灯具前方に向けて反射され、投影レンズ６に入射する。これにより、ＬＥＤ４からの光は投影レンズ６を介して灯具前方に出射される。このように反射素子１２が、ＬＥＤ４からの光が投影レンズ６に入射するように反射させる姿勢にあるときを、以下の説明では反射素子１２が入射位置にある、と呼ぶ。
一方、反射素子１２が、矢印Ｂの姿勢（反射面が投影面１１と略並行である姿勢）にあるときには、リフレクタ５から入射した光Ｌ２は遮光板７に向けて反射され、投影レンズ６に入射しない。このように反射素子１２が、ＬＥＤ４からの光が投影レンズ６に入射しないように反射させる姿勢にあるときを、以下の説明では反射素子１２が非入射位置にある、と呼ぶ。
反射素子１２は、制御部８（図１参照）からの指令に応じて、個別に駆動され、入射位置と非入射位置とを個別に切り替え可能とされている。反射素子１２を個別に入射位置と非入射位置とに切り替えることにより、以下に説明するように投影面１１に照射パターンを形成することができる。
図４の（ａ）は、ＤＭＤ１０の投影面１１の正面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した投影面１１によって形成されるハイビーム配光パターン２０を示す図である。なお、図４の（ｂ）は、車両用前照灯１の２５ｍ前方に設けられた仮想的な鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを示している。図４においてハッチングされた領域は光が照射される領域、ハッチングされていない領域は光が照射されていない領域を示す。なお、図４の（ａ）では反射素子１２を大きく描いているが、実際には投影面１１には１万〜１００万個の反射素子１２が形成されていることが好ましい。
本実施形態においては、図４に示したようにＤＭＤ１０の投影面１１は上下に２つの投影領域１３ａ，１３ｂに分割されている。上部の投影領域１３ａには、運転者から見てハイビーム配光パターン２０の右側２０ａを形成する照射パターン１４ａが形成可能とされている。また、投影面１１の下部の投影領域１３ｂには、運転者から見てハイビーム配光パターン２０の左側２０ｂを形成する照射パターン１４ｂが形成可能とされている。これらの照射パターン１４ａ，１４ｂは同時に形成可能とされている。
このとき、投影面１１上の反射素子１２のうち、配光パターン２０を形成する領域に属する反射素子１２を入射位置に位置させ、それ以外の反射素子１２を非入射位置に位置させることにより、照射パターン１４ａ，１４ｂが形成されている。つまり、図４の（ａ）において照射パターン１４ａ，１４ｂの領域に属する反射素子１２は入射位置に位置され、照射パターン１４ａ，１４ｂの領域外に属する反射素子１２は非入射位置に位置されている。
これにより、投影面１１の全面に入射したＬＥＤ４からの光のうち、照射パターン１４ａ，１４ｂ内に入射した光のみが投影レンズ６に向かって反射されることになる。このとき、投影レンズ６は、上部の投影領域１３ａに形成された照射パターン１４ａと、下部の投影領域１３ｂに形成された照射パターン１４ｂとを、照射パターン１４ａ，１４ｂが左右方向に連続するように灯具前方に投影する。これにより、灯具前方に左右方向に長いハイビーム配光パターン２０が形成される。
図５は、照射パターン１４ａ，１４ｂを重ね合わせるための投影レンズ６の正面図である。投影レンズ６は上下に分割された形状とされており、投影レンズ６の上部６ａの光軸Ａｘ１と下部６ｂの光軸Ａｘ２とがずれて形成されている。このような形状の投影レンズ６を用いることにより、投影面１１の上部に形成した照射パターン１４ａと下部に形成した照射パターン１４ｂとを、灯具中央でオーバーラップするように重ね合わせて灯具前方に投影することができる。
なお、本実施形態においては上部の投影領域１３ａに形成された照射パターン１４ａの一部である左側端部と、下部の投影領域１３ｂに形成された照射パターン１４ｂの一部である右側端部とが、灯具前方の中央部分２１で一部がオーバーラップするように灯具前方に投影されている。これにより、灯具前方の中央部分２１が明るく照らされることになり、運転者の視認性を向上させることができる。
なお、遮光板７は、投影面１１の下部の投影領域１３ｂに入射した光が投影レンズ６の上部６ａに入射することを防止している。また遮光板７は、投影面１１の上部の投影領域１３ａに入射した光が投影レンズ６の下部６ｂに入射することも防止している。これにより、照射パターン１４ａ，１４ｂが意図せずに合成されて灯具前方に投影されることを防いでいる。
図６は、比較例に係る車両用灯具のＤＭＤ１０の投影面１１に形成する照射パターンを示す図である。図６に示したように、形成したい配光パターンの形状の照射パターン１４ｃをそのまま投影面１１上に形成してしまうと、投影面１１上の光を反射しない（すなわち非入射位置にある）反射素子１２が多くなる。
特に、既存のテレビやプロジェクタに使われるＤＭＤの縦横比は１：１〜１：２であるのに対し、車両用の配光パターンの縦横比は１：４〜１：６程度であり、横方向の大きさが縦方向の大きさよりも大きい。このため、図６のように投影面１１の全面を単一の投影領域として照射パターン１４ｃを形成すると、投影面１１の縦方向の一部が照射パターン１４ｃの形成に寄与しない。このため、反射素子１２を有効に利用することができない。
したがって、少数の反射素子１２で照射パターン１４ｃを形成するために、照射パターン１４ｃの輪郭にギザギザが生じてしまう。あるいは、ＬＥＤ４からの光のうちの一部のみが投影レンズ６に入射する結果、投影される配光パターン２０の明るさが低下してしまう。
ところが図４に示したように、本実施形態に係る車両用前照灯１およびその制御方法によれば、投影面１１が複数の投影領域１３ａ，１３ｂに分割されており、投影領域１３ａ，１３ｂごとに照射パターン１４ａ，１４ｂが同時に形成可能とされている。複数の照射パターン１４ａ，１４ｂが投影レンズ６によって灯具前方に投影されることにより、配光パターン２０が形成される。
このため、本実施形態に係る車両用前照灯１およびその制御方法によれば、図６の比較例では照射パターン１４ｃが形成されなかった領域（例えば図６の投影面１１の上下端部近傍の領域）に属する反射素子１２も使って照射パターン１４ａ，１４ｂを形成することができ、多くの反射素子１２を照射パターン１４ａ，１４ｂの形成に利用することができる。つまり、配光パターン２０の形成に寄与しない反射素子１２を低減することができる。
したがって、既存のＤＭＤを用いた場合であっても反射素子１２を有効に利用して配光パターン２０を形成することができる。これにより、例えば先行車両や歩行者にグレアを与える虞がある領域のみに光を当てないような、配光パターンを細かく制御することができる車両用前照灯１およびその制御方法を提供することができる。また、投影面１１に入射した光の大部分を投影レンズ６に入射させることができるので、明るい配光パターン２０を投影することができる。
また、横長の配光パターンを形成するために、わざわざ横長のＤＭＤ１０を用いることなく、既存のＤＭＤ１０を用いて安価に車両用灯具を提供することができる。あるいは、特定の個数以上（例えば１００万個以上）の反射素子１２を使って滑らかな輪郭を有する配光パターン２０を形成したい場合には、必要な個数程度の反射素子１２を有するＤＭＤ１０を使って配光パターン２０を形成することができる。このように、高精度の配光パターン２０を形成できる車両用灯具を安価に提供することができる。
以上、本発明の車両用灯具およびその制御方法を実施形態を挙げて説明したが、本発明の車両用灯具は前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。例えば、上記実施形態では本発明を車両用前照灯に適用した例を挙げて説明したが、車両用標識灯に本発明を適用してもよい。また、光源としてＬＥＤを採用した例を挙げたが、有機ＥＬやＬＤ（Laser Diode）、放電バルブなど、公知の光源を採用することができる。
また、上述の実施形態ではハイビーム配光パターンを形成する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明に係る車両用灯具によれば、複数の反射素子１２を個別に入射位置と非入射位置とを切り替えることにより、様々な照射パターンを投影面１１上に形成することができる。
例えば、図４に示した照射パターン１４ａ，１４ｂに変えて様々な照射パターンを同一の投影面１１上に順次切り替えて形成することができる。これにより、通常のハイビーム配光パターンのほかに、片側ハイビーム配光パターンや、カットオフラインを備えたロービーム配光パターンなど、様々な形状の配光パターンを投影することができる。これにより、上述したような単一の光学ユニットで様々な配光パターンを形成することができる。
さらに、投影面１１上に形成した照射パターンの一部が変化するように、一部の反射素子１２の入射位置と非入射位置とを切り替えることにより、形状が変化する配光パターンを投影することができる。
例えば、配光パターンの変化を、以下のようにＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）制御と連動させることができる。まず、図４に示したように車両用前照灯１によりハイビーム配光パターンを投影する。次に、先行車両を検出したときに、先行車両に光が照射されないようにハイビーム配光パターンの一部に非照射領域が形成されるように、図４の（ａ）の照射パターン１４ａ，１４ｂの領域に含まれる一部の反射素子１２を非入射位置に駆動する。さらに、この非照射領域が先行車両の移動に合わせて移動するように、非入射位置とする反射素子１２を順次切り替える。このように、個々の反射素子１２を駆動するだけで、様々に変化する配光パターンを投影することができる。
また、投影する配光パターンは単一のものとは限らない。例えば図７は変形例に係る車両用灯具のＤＭＤ１０の投影面１１を示している。この投影面１１は３つの投影領域に区分けされており、それぞれの投影領域にはロービーム配光パターンを形成する照射パターン２４ａ、ハイビーム配光パターンを形成する照射パターン２４ｂ、ターンシグナル用配光パターンを形成する照射パターン２４ｃが形成されている。本変形例によれば、ロービーム配光パターン、ハイビーム配光パターン、ターンシグナル用配光パターンの３つの配光パターンを同時に投影することができる。
また、図４に示した実施形態では２つの照射パターン１４ａ，１４ｂにより単一の配光パターン２０を形成したが、図７の変形例のように１つの照射パターンが１つの配光パターンを形成するように構成してもよい。
さらに上述の実施形態では、ＤＭＤ１０の反射素子１２は、１つの回転軸周りに回転し、特定の２つの姿勢で停止する例を挙げたが、本発明はこの例に限られない。例えば反射素子１２が任意の回転角度で静止可能に構成した場合には、例えばそれぞれ反射角度が異なる第一入射位置、第二入射位置で停止させて、それぞれで異なる照射パターンを形成するように構成することができる。あるいは、２つの回転軸周りに回転可能な反射素子１２を採用してもよい。
上述の実施形態では、略正方形状の反射素子１２を格子状に配列させて投影面１１を形成した例を挙げたが、例えばひし形の反射素子１２を隙間無く配列させて投影面１１を形成してもよい。
上述の実施形態では、２つの照射パターン１４ａ，１４ｂを重ね合わせて投影するために、図５に示した形状の投影レンズ６を採用した例を挙げたが、例えば単一の光軸を有する一般的な投影レンズを用いて、ＬＥＤ４からの光をＤＭＤ１０に向けて反射させるリフレクタ５の形状を工夫することにより、２つの照射パターンを重ね合わせて投影してもよい。
また、上述の実施形態では二次元画像形成装置としてＤＭＤ１０を取り上げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、二次元画像形成装置として液晶装置３０を採用することができる。図８は、二次元画像形成装置として液晶装置３０を採用した車両用灯具の図２と同様の図である。
本変形例においては、液晶装置３０の投影レンズ６とは反対側にＬＥＤ４が設けられている。液晶装置３０の投影レンズ６側に設けられた投影面３１が、投影レンズ６によって上下左右が反転され拡大されて灯具前方に投影される。
図９は、液晶装置の投影面３１近傍の拡大図である。液晶装置３０の投影面３１には、複数の液晶素子（光学素子）３２がマトリクス状に配列されている。これらの液晶素子３２は、ガラスカバー３３と透明電極３４との間にマトリクス状に個別に封入されている。この液晶素子３２は、液晶素子３２ａのように液晶がランダムに配列しＬＥＤ４からの光が投影レンズ６に入射するように透過させる透過状態と、液晶素子３２ｂのように液晶が一方向に配列しＬＥＤ４からの光が投影レンズ６に入射しないように遮る非透過状態と、に個別に切り替え可能とされている。
このように本変形例においても、複数の液晶素子３２が個別に透過状態と非透過状態とを切り替え可能とされている。このため、液晶素子３２を個別に駆動することにより、様々な照射パターンを形成することができる。投影面３１を図４または図７に示したように複数の投影領域に分割し、投影領域ごとに照射パターンを同時に形成可能とするように液晶装置３０を駆動することができる。これにより、投影領域ごとに形成された複数の照射パターンを投影レンズ６によって灯具前方に投影することができ、様々な配光パターンを形成することができる。
以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2012年6月29日出願の日本特許出願（特願2012-146195）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明によれば、既存のＤＭＤであっても、車両用灯具に求められる配光パターンを有効に形成することができる車両用灯具およびその制御方法が提供される。
１：車両用前照灯、２：ハウジング、３：アウターカバー、４：ＬＥＤ（光源）、５：リフレクタ、６：投影レンズ、７：遮光板、１０：ＤＭＤ（二次元画像形成装置）、３０：液晶装置（二次元画像形成装置）、１１，３１：投影面、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ：反射素子（光学素子）、１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ：投影領域、１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ：照射パターン、２０：配光パターン

Claims (5)

  1. 投影レンズと、
    前記投影レンズの後方焦点近傍に位置する投影面を有する二次元画像形成装置と、
    前記二次元画像形成装置に光を照射する光源と、を備え、
    前記投影面は、単一基板上にマトリクス状に配列され、個別に駆動可能な複数の光学素子によって形成されており、
    前記投影面は、複数の投影領域ごとに照射パターンを同時に形成可能とされており、
    複数の前記照射パターンが前記投影レンズによって灯具前方に投影されて、単一または複数の配光パターンを形成し、
    少なくとも二つの前記照射パターンは、互いにその一部がオーバーラップするように前記投影レンズで投影されて、単一の前記配光パターンを形成することを特徴とする車両用灯具。
  2. オーバーラップして投影される前記照射パターンの一部は、灯具前方の中央に投影されることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  3. 前記光学素子は反射素子であり、
    前記反射素子は、前記光源からの光を前記投影レンズに入射するように反射させる入射位置と、前記光源からの光が前記投影レンズに入射しないように反射させる非入射位置と、に個別に切り替え可能とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用灯具。
  4. 前記光学素子は液晶素子であり、
    前記液晶素子は、前記光源からの光が前記投影レンズに入射するように透過させる透過状態と、前記光源からの光が前記投影レンズに入射しないように遮る非透過状態と、に個別に切り替え可能とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用灯具。
  5. 投影レンズと、
    前記投影レンズの後方焦点近傍に位置する投影面を有する二次元画像形成装置と、
    前記二次元画像形成装置に光を照射する光源と、を備え、
    前記投影面は、単一基板上にマトリクス状に配列され、個別に駆動可能な複数の光学素子によって形成されている、車両用灯具の制御方法であって、
    前記投影面において複数の投影領域ごとに照射パターンを同時に形成可能とするように、前記二次元画像形成装置を駆動し、
    複数の前記照射パターンを前記投影レンズによって灯具前方に投影し、単一または複数の配光パターンを形成し、
    少なくとも二つの前記照射パターンは、互いにその一部がオーバーラップするように前記投影レンズで投影されて、単一の前記配光パターンを形成することを特徴とする車両用灯具の制御方法。
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