JP6174337B2 - 車両用灯具 - Google Patents

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Description

本願発明は、ピクセルライト光学ユニットを用いて所定領域を高分解能で照射する車両用灯具に関するものである。
ピクセルライト光学ユニット、即ち高分解能で配光パターンを複数形成できる光学ユニットを用いた車両用灯具の例として、特許文献１では、反射型デジタル光偏向装置（ＤＭＤ：Digital Mirror Device）を用いて、光源からの光を多数個の極小ミラー素子をデジタル的にＯＮ・ＯＦＦ制御することで、所定の配光パターンを形成する車両用灯具が記載されている。特許文献２では、液晶シャッタ（ＬＣＤ：Liquid
Crystal Display）を用いて、光源からの光を液晶分子の向きを変えることでＯＮ・ＯＦＦ制御することで、所定の配光パターンを形成する車両用灯具が記載されている。以下、本願において、ピクセルライトとは、高分解能で配光パターンを可変できる光学ユニットで、例えばＤＭＤ、ＬＣＤ等の表示用デバイスを意味するものとする。
特開２００４−２１０１２８号公報 特開２０１１−２４９１８４号公報
しかし、ピクセルライトを用いる灯具では、光源性能（輝度）やデバイスサイズの制約上、車両用灯具としての光度、特にハイビームに必要な光度を得ることができない。即ち、特許文献１及び２のような灯具構成では、車両用灯具として照射する必要がある領域全てが効果的に照射されるものではなく、光量不足であって、実機に搭載するのに十分でない。
本発明は、前記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、車両用灯具として十分な性能を確保することができる灯具構成を備えた、ピクセルライト搭載の車両用灯具を提供することである。
前記目的を達成するために、請求項１に係る車両用灯具では、所定領域を照射するピクセルライト光学ユニットと、前記所定領域の上方を照射するハイビーム光学ユニットと、前記所定領域の左方、及び右方の領域を照射する側方照射用光学ユニットと、を備え、前記各光学ユニットの光を合成して、ロービーム領域及びハイビーム領域を照射し、前記ピクセルライト光学ユニットは主として前記ロービーム領域を照射し、前記各光学ユニットは、必要に応じてそれぞれの担当する領域を個別に照射するように構成されていることを特徴とする。
請求項２では、請求項１に記載の車両用灯具において、前記所定領域は、上端が仮想鉛直スクリーンにおける水平線の上方１°〜５°で、左右端が仮想鉛直スクリーンにおける垂直線から５°〜２０°の範囲であることを特徴とする。
請求項３では、請求項１または２に記載の車両用灯具において、前記ピクセルライト光学ユニットは、路面描写機能を備えていることを特徴とする。
請求項４では、請求項１〜３のいずれかに記載の車両用灯具において、車両前方に左右一対に搭載される車両用前照灯のうち、一方のみに前記ピクセルライト光学ユニット搭載の前記車両用灯具が搭載されていることを特徴とする。
本発明によれば、所定領域をピクセルライト光学ユニットで照射し、ピクセルライトでは光量不足となりうる他の領域は別の光学ユニットによって照射して、各光学ユニットの光を合成して、ロービーム領域及びハイビーム領域を形成する灯具構成となっているので、光量に問題なく、車両用灯具として十分な性能を備えることができる。
特に、ピクセルライトが照射する前記所定領域は、上端が仮想鉛直スクリーンにおける水平線の上方１°〜５°で、左右端が仮想鉛直スクリーンにおける垂直線から５°〜２０°の範囲に設定され、前記所定領域の上方は、ハイビーム光学ユニットにて照射される。即ち、ピクセルライトは主として高い光度の必要ないロービーム領域を照射し、係る領域の上方、左方、及び右方は他の光学ユニット、特に、光度を要する前記所定領域の上方はハイビーム光学ユニットにて照射して、各光学ユニットの光を合成して、ロービーム領域及びハイビーム領域を形成する灯具構成となっているので、実機に搭載するに十分な性能を備えることができる。なお、水平線、垂直線とは、車両前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーンにおける配光パターン上の水平線（Ｈ−Ｈ線）、垂直線（Ｖ−Ｖ線）を意味する。
また、ピクセルライトの備える高い分解能を利用して、撮像装置等から検知した前走車や対向車及び歩行者等にグレアを与えることのない配光パターンを、瞬時かつ多様に形成できる。加えて、ピクセルライト光学ユニットに路面描画機能を備えたことで、カーナビゲーションシステム等からの情報信号を得て、右左折の指示や速度表示等を、路面に鮮明に描画することができる。路面への描画は、フロントガラスに投影する描画手法に比べて、ドライバーの目線の移動がない分、安全走行に寄与できるため好適である。
さらに、車両前方に左右一対に搭載される車両用前照灯のうち、一方のみに前記ピクセルライト光学ユニットを搭載すれば、左右の前照灯の配光が合成されたとき、特に前記路面描画のときに、照射像の合成不良によって像がチラつくことがないので、視認不良が生じることがなく、さらに好適である。
本発明の第１の実施例に係る車両用灯具の正面図である。 同灯具の縦断面図であって、（ａ）図１のＩＩ（ａ）−ＩＩ（ａ）線に沿う断面図、（ｂ）図１のＩＩ（ｂ）−ＩＩ（ｂ）線に沿う断面図、（ｃ）図１のＩＩ（ｃ）−ＩＩ（ｃ）線に沿う断面図である。 同灯具による照射領域のイメージ図である。 （ａ）同灯具による配光パターン例、（ｂ）同灯具による路面描画の例、（ｃ）同灯具による路面描画の例である。
次に、本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る車両用灯具の正面図、図２は同灯具の縦断面図であって、（ａ）図１のＩＩ（ａ）−ＩＩ（ａ）線に沿う断面図、（ｂ）図１のＩＩ（ｂ）−ＩＩ（ｂ）線に沿う断面図、（ｃ）図１のＩＩ（ｃ）−ＩＩ（ｃ）線に沿う断面図、である。
車両用灯具１Ｒ、１Ｌは、車両前方に左右一対に搭載される車両用前照灯であり、図１には、車両正面視に右側に配設される灯具１Ｒが図示されている。なお、図１では、投影レンズ及び図示しないエクステンション（目隠し板）によって灯具正面視には見えない光源等も透視して図示している。また、図１〜図２にある一点鎖線は、各投影レンズ１２の焦点を通る線である。
灯具１Ｒは、ランプボディ２及び透光性の前面カバー４で画成された灯室内に、車両幅方向内側から順に、灯室左端上方に側方ハイビーム用光学ユニットＡ（Ｒ）、その下方に側方ロービーム用光学ユニットＢ（Ｒ）、灯室中央にハイビーム光学ユニットＨｉ（Ｒ）、灯室右端にロービーム光学ユニットＬｏ（Ｒ）、が収容された構成となっている。
側方ハイビーム用光学ユニットＡ（Ｒ）は、主として投影レンズ１２と、この投影レンズ１２の光軸Ａｘ上に後側焦点よりも後方に配置された光源としての白色ＬＥＤ１４と、で構成されている。投影レンズ１２は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズであって、その上下周縁部においてレンズホルダ１６を介して金属製支持部材１３に固定保持されている。投影レンズ１２は、その後側焦点面上に形成される光源像を反転像として灯具前方の仮想鉛直スクリーン上に投影する。ＬＥＤ１４は、発光チップの発光面を光軸Ａｘと交差する位置に、その電子基板１８を介して支持部材１３上に配置されている。
側方ロービーム用光学ユニットＢ（Ｒ）は、主として、上述の投影レンズ１２と、投影レンズ１２の光軸Ａｘ上に後側焦点よりも後方に配置された、紫外線光を発する紫外線発光素子と該紫外光を吸収し青色光に変換する第１の蛍光体及び紫外光を吸収し黄色光に変換する第２の蛍光体とが組み合わされて白色光を実現する、光源としての発光部２４と、で構成されている。投影レンズ１２は上述と同様レンズホルダ１６を介して支持部材１３に固定保持され、発光部２４も、その電子基板２８を介して支持部材１３上に配置されている。
ハイビーム光学ユニットＨｉ（Ｒ）は、主として、投影レンズ１２と、投影レンズ１２の光軸Ａｘ上に後側焦点よりも後方に配置された、複数個のＬＥＤチップを配列した光源としてのＬＥＤアレイ３４と、ＬＥＤアレイ３４からの光を上下に拡散するためのサブリフレクタ３２，３２と、で構成されている。投影レンズ１２は、上述と同様、レンズホルダ１６によって支持部材１３に固定され、ＬＥＤアレイ３４もその電子基板３８を介して支持部材１３上に配置されている。本実施例では、ＬＥＤアレイ３４には、一例として５つのＬＥＤチップが二列に配置されたものを用いている。
サブリフレクタ３２，３２は、ＬＥＤアレイ３４の延在方向と平行に上下に配置されており、ＬＥＤアレイ３４を略半ドーム状に覆うように、その下端部において支持部材１３に固定保持されている。このサブリフレクタ３２の反射面は、表面アルミ蒸着処理がなされており、この反射面で反射した光を灯具前方へ拡散させるように形成されている。
ロービーム光学ユニットＬｏ（Ｒ）は、主として、投影レンズ１２と、ピクセルライト４４と、ピクセルライト４４用の光源例としてのレーザ光源４５と、で構成されている。投影レンズ１２はその上周縁部においてレンズホルダ１６を介して支持部材１３に固定保持されている。レーザ光源４５は、ピクセルライト４４の下方に配置され、支持部材１３に固定されている。
ピクセルライト４４は、一例としてＤＭＤ（Digital Mirror Device、特開平８−２０１７０８号広報参照 ）を用いている。ＤＭＤは、主として、駆動基板と、その上に配置される導体と、その上に配置される可動部と、その可動部に傾動可能に支持される多数個の極小ミラー素子と、から構成されている。
レーザ光源４５は、赤・緑・青のレーザダイオード４８ｒ，４８ｇ，４８ｂと、これらからの出射光（水平光）をピクセルライト４４方向に反射させるダイクロイックミラー４７と、ダイクロイックミラー４７からの反射光を集光して拡散させる集光レンズ４９と、を備えている。
なお、ピクセルライト４４は、投影レンズ１２の後側焦点よりも後方で、その光出射面４４ａが効率的に集光レンズ４９の照射範囲θ内となる位置に、かつその照射光を灯具前方へ効率良く出射可能な所定角度となる位置に、固定ホルダ４６を介して支持部材１３に固定保持されている。
また、以上の構成からなる灯具１Ｒは、レべリング機構Ｅを備えており、支持部材１３は、灯具正面視右上端、右下端及び左下端において、エイミングスクリュ１１や図示しないアクチュエータ等によって、ランプボディ２に対し上下方向及び左右方向に傾動調整可能に支持されており、これにより、光学ユニットＡ（Ｒ），Ｂ（Ｒ），Ｌｏ（Ｒ），Ｈｉ（Ｒ）は、可変配光光学ユニットとして構成されている。
また、ＬＥＤを光源に用いている光学ユニットＡ（Ｒ），Ｂ（Ｒ），Ｈｉ（Ｒ）の位置する支持部材１３の後面には、放熱フィン２０が一体形成されており、各ＬＥＤからの熱を放熱する構成となっている。
そして、ピクセルライト４４及びレーザ光源４５と導通する電子基板４４ｂ，４５ｂ及びＬＥＤアレイ３４と導通する電子基板３８は、図示しないカメラ等の撮像装置、カーナビゲーションシステム、ミリ波、レーザレーダ等の車両情報取得手段からの情報信号に基づき制御される制御ユニット５０に接続されている。制御ユニット５０は、上記車両情報取得手段から、歩行者６２、先行車６４、対向車６６等の存在や車両位置情報等を検知して、ＬＥＤアレイ３４のＬＥＤチップ及び／又はピクセルライト４４のミラー素子の一部を消灯するように制御する。制御ユニット５０は、灯室内所定位置にランプボディ２に対して固定配置されている。
灯具１Ｌは、車両正面視に灯具１Ｒと左右対称に同一の灯具構成となっており、車両幅方向内側から順に、灯室右端上方に側方ハイビーム用光学ユニットＡ（Ｌ）、その下方に側方ロービーム用光学ユニットＢ（Ｌ）、灯室中央にハイビーム光学ユニットＨｉ（Ｌ）、灯室左端にロービーム光学ユニットＬｏ（Ｌ）、が収容されている。灯具１Ｒと左右対称に構成同一であることから、灯具１Ｒの記載によって灯具１Ｌの説明は割愛する。
次に、以上の構成からなる灯具１Ｒ，１Ｌの配光イメージについて説明する。図３は、同灯具による照射領域のイメージ図であり、灯具１Ｒ，１Ｌからの照射光により灯具前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される各光学ユニットの照射領域を模式的に示したものである。
図３のうち、符号ＰＬｏは、灯具１Ｒのロービーム光学ユニットＬｏ（Ｒ）の照射範囲ＰＬｏ（Ｒ）及び灯具１Ｌのロービーム光学ユニットＬｏ（Ｌ）の照射範囲ＰＬｏ（Ｌ）が合成されたものであり、主として仮想鉛直スクリーン上の水平線（Ｈ−Ｈ線）の下方領域かつ垂直線（Ｖ−Ｖ線）を含む中央領域、即ちロービーム領域に対応する。さらに、照射領域ＰＬｏは、本実施例のレベリング機構Ｅを実現するため、仮想鉛直スクリーン上のＨ−Ｈ線の上方０．５°〜５°も照射範囲としており、また、運転席から視認可能な自車が走行する車線を照射するため、左右端がＶ−Ｖ線から５°〜２０°も照射範囲としている。
そして、照射領域ＰＬｏの上方領域となる符号ＰＨｉは、灯具１Ｒのハイビーム光学ユニットＨｉ（Ｒ）の照射範囲ＰＨｉ（Ｒ）及び灯具１Ｌのハイビーム光学ユニットＨｉ（Ｌ）の照射範囲ＰＨｉ（Ｌ）が合成されたものであり、仮想鉛直スクリーン上のＨ−Ｈ線の上方領域かつＶ−Ｖ線を含む中央領域、即ちハイビーム領域に対応する。
次に、照射領域ＰＬｏの右方領域となる符号ＰＢ（Ｒ）は、灯具１Ｒの側方ロービーム用光学ユニットＢ（Ｒ）の照射領域であり、照射領域ＰＨｉの右方領域となる符号ＰＡ（Ｒ）は、灯具１Ｒの側方ハイビーム用光学ユニットＡ（Ｒ）の照射領域であり、必要に応じて照射領域ＰＬｏ，ＰＨｉの右側方を照射する。これと左右対称（Ｖ−Ｖ線対称）に、符号ＰＢ（Ｌ）は、灯具１Ｌの側方ロービーム用光学ユニットＢ（Ｌ）の照射領域であり、符号ＰＡ（Ｒ）は、灯具１Ｌの側方ハイビーム用光学ユニットＡ（Ｌ）の照射領域であり、必要に応じて照射領域ＰＬｏ，ＰＨｉの左側方を照射する。なお、上述における上方、左方、及び右方の領域とは、照射領域ＰＬｏと領域がラップしている場合を含むものである。
本実施例によれば、所定領域、即ちロービーム照射領域ＰＬｏをピクセルライト４４を搭載したロービーム光学ユニットＬｏ（Ｒ），Ｌｏ（Ｌ）で照射し、ピクセルライト４４では光量不足となりうる他の領域、即ち照射領域ＰＨｉ，ＰＢ（Ｒ），ＰＢ（Ｌ），ＰＡ（Ｒ），ＰＡ（Ｌ）は、別の光学ユニットによって照射する。特に、光度を要する照射領域ＰＨｉ（照射領域ＰＬｏの上方）は、ハイビーム用の別の光学ユニットであるハイビーム光学ユニットＨｉ（Ｒ），Ｈｉ（Ｌ）にて照射して、これらの光学ユニットの光を合成して、ロービーム領域及びハイビーム領域を形成する灯具構成となっているので、実機に搭載するに十分な性能を備えている。
続いて、灯具１Ｒ，１Ｌで得られる配光パターンについて説明する。図４（ａ）は同灯具による配光パターンであり、灯具１Ｒ，１Ｌからの照射光により灯具前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンの一例を示したものである。なお、図４（ａ）で斜線で示されている領域は光が非照射である状態を示している。
図４（ａ）に示すように、灯具１Ｒ，１Ｌは、ハイビーム領域において、ハイビーム光学ユニットＨｉ（Ｒ），Ｈｉ（Ｌ）のＬＥＤアレイ３４の一部のＬＥＤチップを消灯することで、チップ数に対応する分解能にて、車両前方の一部の領域を非照射とする配光パターンＰ１を形成できる。さらに、ロービーム領域においては、ロービーム光学ユニットＬｏ（Ｒ），Ｌｏ（Ｌ）のピクセルライト４４の一部のミラー素子をＯＦＦ方向に傾動することで、高分解能で車両前方の一部の領域を非照射とする配光パターンＰ２を瞬時かつ多様に形成できる。
これにより、灯具１Ｒ，１Ｌは、車両情報取得手段で検知した歩行者６２、先行車６４、対向車６６が存在している領域に対応するＬＥＤチップ及び又はミラー素子を消灯することで、歩行者６２、先行車６４、対向車６６に対するグレアを抑制できる。
次に、ピクセルライト４４を備えるロービーム光学ユニットＬｏ（Ｒ），Ｌｏ（Ｌ）の路面描画機能について説明する。路面描画機能とは、路面に図形、記号、文字等を投影する機能であり、図４（ｂ），図４（ｃ）は、同灯具による路面描画の例である。
ロービーム光学ユニットＬｏ（Ｒ），Ｌｏ（Ｌ）は、車両周囲情報取得手段からの情報信号に基づく制御ユニット５０からの制御によって、レーザ光源４５の任意の色の光源光又はその組み合わせ光からなる照射光を、照射領域ＰＬｏ内の所定位置に照射して、例えば、図４（ｂ）に示すように、予定進路に対応した右左折の指示や、図４（ｃ）に示すように、車両の規せられる速度等の指示を、路面に描画する。なお、描画形式（表示形式）としてはこれに限られたものではなく、他の種々の形式が適用可能である。
これにより、運転中のドライバーに目線の移動をさせることなく、安全走行を助することができる。また、歩行者６２、先行車６４、対向車６６に自車両の進行方向や状況等を確実に認識させることができる。
第２の実施例は、第１の実施例における灯具１Ｒ，１Ｌのうちのいずれか一方の灯具のみに、第１の実施例に係るピクセルライト４４を備えたロービーム光学ユニットが搭載されたものである。他方のロービーム光学ユニットには、ピクセルライト光学ユニットに代えて、一例として、プロジェクタ型のＬＥＤ光学ユニットが考えられる。その構成の一例としては、投影レンズと、投影レンズの光軸上に後側焦点よりも後方に配置された、ロービームに足る所定光量を出射可能なＬＥＤ光源と、この光源からの光を投影レンズへ向けて反射させる表面アルミ蒸着したリフレクタと、リフレクタからの反射光の一部を遮蔽し、その上端部が光軸近傍に位置するように配置され、ロービーム用配光パターンの上端部にカットオフラインを形成するシェードと、を備えたもの等が考えられる。
本実施例によれば、車両前方に左右一対に搭載される車両用前照灯１Ｒ，１Ｌのうち、一方のみに前記ピクセルライト４４搭載の光学ユニットを搭載しているので、左右の前照灯の配光が合成されたとき、特に図４（ｂ），図４（ｃ）のような路面描画のときに、照射像の合成不良によって像がチラつくことがないので、視認不良が生じることがなく好適である。
１Ｒ，１Ｌ 車両用灯具
４４ ピクセルライト
Ｌｏ（Ｒ），Ｌｏ（Ｌ） ロービーム光学ユニット
Ｈｉ（Ｒ），Ｈｉ（Ｌ） ハイビーム光学ユニット
Ｂ（Ｒ），Ｂ（Ｌ） 側方ロービーム用光学ユニット
Ａ（Ｒ），Ａ（Ｌ） 側方ハイビーム用光学ユニットＡ
ＰＬｏ ロービーム照射領域
ＰＨｉ ハイビーム照射領域
Ｈ−Ｈ 仮想鉛直スクリーンの左右の水平線
Ｖ−Ｖ 仮想鉛直スクリーンの上下の垂直線

Claims (4)

  1. 所定領域を照射するピクセルライト光学ユニットと、
    前記所定領域の上方を照射するハイビーム光学ユニットと、
    前記所定領域の左方、及び右方の領域を照射する側方照射用光学ユニットと、を備え、
    前記各光学ユニットの光を合成して、ロービーム領域及びハイビーム領域を照射し、
    前記ピクセルライト光学ユニットは主として前記ロービーム領域を照射し、前記各光学ユニットは、必要に応じてそれぞれの担当する領域を個別に照射するように構成されていることを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記所定領域は、上端が仮想鉛直スクリーンにおける水平線の上方１°〜５°で、左右端が仮想鉛直スクリーンにおける垂直線から５°〜２０°の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  3. 前記ピクセルライト光学ユニットは、路面描写機能を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
  4. 車両前方に左右一対に搭載される車両用前照灯のうち、一方のみに前記ピクセルライト光学ユニット搭載の前記車両用灯具が搭載されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用灯具。
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