JP6564568B2

JP6564568B2 - 車両用前照灯ユニット、車両用前照灯システム

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Publication number: JP6564568B2
Application number: JP2014250699A
Authority: JP
Inventors: 杉山　貴; 貴杉山
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: JP2016115412A

Description

本発明は、前方車両等の位置に対応した選択的な光照射を行うための車両用前照灯ユニット並びに当該車両用前照灯ユニットを備える車両用前照灯システムに関する。

従来から、自車両の前方に存在する対向車両や先行車両（以下、これらを「前方車両」という。）の位置に応じて自車両の前照灯ユニットからの光の照射範囲と非照射範囲を設定する車両用前照灯システムが知られている。このような車両用前照灯システムに関する先行例は、例えば特開平７−１０８８７３号公報（特許文献１）に開示されている。この種の車両用前照灯システムでは、自車両の前方の所定位置（例えばフロントウィンドウ中央上部）にカメラを設置し、そのカメラによって撮像された前方車両の車体、もしくは尾灯や前照灯の位置を画像処理によって検出する。そして、検出された前方車両の部分に自車両の前照灯ユニットによる光が照射されないようにした配光制御が行われる。

また、上記のような配光制御に適用し得る車両用前照灯の先行例として、例えば特表２００９−５３４７９０号公報（特許文献２）には、液晶素子を利用するものが開示されている。この文献に開示される車両用アダプティブ・フロントライティングシステム用ランプユニットは、光源により放出される光を受けるように構成された液晶素子を含み、該液晶素子は、該液晶素子を光が通過するときに、入射光を実質的に屈折させること無く入射光を透過するように構成される第１の状態と、入射光を屈折させるように構成される第２の状態とを有し、この液晶素子は、アダプティブ・フロントライティングシステムから受ける信号に基づいて制御される、ランプユニットである。

ところで、特許文献２に係る先行例では、液晶素子として屈折や散乱を利用したものを使用しているが、これらの液晶素子は液晶テレビジョンなどに使用される表示用液晶素子（液晶表示素子）に比べて明暗の比（コントラスト比）が低く、車両用前照灯の配光制御に利用した場合には必要な照明のカットが必ずしも十分に行えないという点で改良の余地がある。

特開平７−１０８８７３号公報特表２００９−５３４７９０号公報

本発明に係る具体的態様は、明暗光のコントラスト比が高く、照明のカットを十分に行える車両用前照灯ユニット等を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る第１態様の車両用前照灯ユニットは、自車両の前方に対して選択的な光照射を行うための車両用前照灯ユニットであって、（ａ）単波長である第１波長の光を放出する光源と、（ｂ）前記光源からの前記第１波長の光を平行光にする平行光学系と、（ｃ）前記平行光学系から出射する前記第１波長の光を互いの偏光方向が直交する２つの偏光に分離する偏光ビームスプリッターと、（ｄ）前記偏光ビームスプリッターによって分離される前記２つの偏光のうち当該偏光ビームスプリッターの第１面から出射する第１偏光の偏光方向を回転させずに反射する第１状態と当該偏光方向を回転させて反射する第２状態を所定区分ごとに切り替え可能な反射型液晶素子と、（ｅ）前記反射型液晶素子から反射されて再び前記偏光ビームスプリッターを通過した第２偏光により励起されて前記第１波長とは異なる第２波長の蛍光を発する蛍光体と、（ｆ）前記蛍光体からの前記蛍光と前記蛍光体を通過した前記第２偏光との混色光を前記自車両の前方に投射する投射光学系を含む、車両用前照灯ユニットである。

本発明に係る第２態様の車両用前照灯ユニットは、自車両の前方に対して選択的な光照射を行うための車両用前照灯ユニットであって、（ａ）単波長である第１波長の光を放出する光源と、（ｂ）前記光源からの前記第１波長の光を平行光にする平行光学系と、（ｃ）前記平行光学系から出射する前記第１波長の光を互いの偏光方向が直交する２つの偏光に分離する偏光ビームスプリッターと、（ｄ）前記偏光ビームスプリッターによって分離される前記２つの偏光のうち当該偏光ビームスプリッターの第１面から出射する第１偏光の偏光方向を回転させずに反射する第１状態と当該偏光方向を回転させて反射する第２状態を所定区分ごとに切り替え可能な第１反射型液晶素子と、（ｅ）前記偏光ビームスプリッターによって分離される前記２つの偏光のうち当該偏光ビームスプリッターの第２面から出射する第２偏光の偏光方向を回転させずに反射する第１状態と当該偏光方向を回転させて反射する第２状態を所定区分ごとに切り替え可能な第２反射型液晶素子と、（ｆ）前記第１反射型液晶素子から反射されて再び前記偏光ビームスプリッターを通過した第３偏光及び前記第２反射型液晶素子から反射されて前記偏光ビームスプリッターで反射した第４偏光により励起されて前記第１波長とは異なる第２波長の蛍光を発する蛍光体と、（ｇ）前記蛍光体からの前記蛍光と前記蛍光体を通過した前記第３偏光及び前記第４偏光との混色光を前記自車両の前方に投射する投射光学系を含む、車両用前照灯ユニットである。

上記何れかの態様の構成によれば、明暗光のコントラスト比が高く、照明のカットを十分に行える車両用前照灯ユニットが得られる。また、第３態様および第４態様の構成によれば、上記効果に加え、光の利用効率をより高めることができる。

上記した第１態様の車両用前照灯ユニットにおいて、前記光源が偏光を発する光源であることも好ましい。

上記した第２態様の車両用前照灯ユニットにおいて、前記第１反射型液晶素子と前記第２反射型液晶素子の各々からの反射光の明暗パターンが同一であり、当該同一の明暗パターンが互いに重なるように前記偏光ビームスプリッターで合成される、ことも好ましい。

上記した第２態様の車両用前照灯ユニットにおいて、前記第１反射型液晶素子と前記第２反射型液晶素子の各々からの反射光の明暗パターンが異なっており、当該異なる明暗パターンが互いに重なるように前記偏光ビームスプリッターで合成される、ことも好ましい。

第一実施形態の車両用ランプユニットを説明するための模式図である。第一実施形態の車両用ランプユニットの照射光の明暗が切り替えられる原理を説明するための図である。第二実施形態の車両用ランプユニットを説明するための模式図である。第二実施形態の車両用ランプユニットの照射光の明暗が切り替えられる原理を説明するための図である。第三実施形態の車両用ランプユニットの照射光の明暗が切り替えられる原理を説明するための図である。第四実施形態の車両用ランプユニットを説明するための模式図である。第四実施形態の車両用ランプユニットの照射光の明暗が切り替えられる原理を説明するための図である。配光パターンの重ね合わせを説明するための図である。配光パターンの重ね合わせを説明するための図である。第五実施形態の車両用ランプユニットを説明するための模式図である。第五実施形態の車両用ランプユニットの照射光の明暗が切り替えられる原理を説明するための図である。

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。

＜第一実施形態＞
図１は、第一実施形態の車両用ランプユニット（車両用前照灯ユニット）を説明するための模式図である。第一実施形態の車両用ランプユニット１００は、光源１ａ、平行光学系２、偏光ビームスプリッター３ａ、反射型液晶素子４ａ、投射光学系５ａ、およびこれらを収容するランプユニット筐体６を含んで構成されている。

この車両用ランプユニット１００は、点灯制御装置２００からの制御を受けて、自車両の前方に存在する前方車両等の位置に応じた配光パターンを形成するものである。点灯制御装置２００は、自車両の前方を撮影するカメラ、このカメラにより得られる画像に基づいて前方車両等の位置を検出する画像処理部、画像処理部によって検出される前方車両等の位置に応じた光照射範囲を設定して車両用ランプユニット１００を駆動する制御部などを備える。車両用ランプユニット１００と点灯制御装置２００を含んで車両用前照灯システムが構成されている（以下の各実施形態においても同様）。

光源１ａは、白色光を放出するものであり、例えば青色光を放出する発光素子（ＬＥＤ）に黄色蛍光体を組み合わせて構成された白色光ＬＥＤである。なお、光源１ａとしてはＬＥＤのほかに、レーザー、さらには電球や放電灯など車両用ランプユニットに一般的に使用されている光源が使用可能である（以下の各実施形態においても同様）。

平行光学系２は、光源１ａから放出される光を平行光にするものであり、例えば凸レンズを用いることができる。この場合、凸レンズの焦点付近に光源１ａを配置することにより平行光を作り出すことができる。なお、平行光学系２としては、レンズや反射鏡、さらにはそれらを組み合わせたものが使用可能である（以下の各実施形態においても同様）。

偏光ビームスプリッター３ａは、平行光学系２からの出射光をＰ波とＳ波に分離するものである。偏光ビームスプリッター３ａとしては、例えば波長領域の広いワイヤーグリッド型の物を使用することができる。このような偏光ビームスプリッター３ａとしては、２個の直角プリズム間にワイヤーグリッド偏光子を接着固定したタイプの物（例えば、エドモンドオプティクス社製のワイヤーグリッドキューブ型偏光ビームスプリッター等）がある。

反射型液晶素子４ａは、点灯制御装置２００によって与えられる液晶層への印加電圧の大きさに応じて、偏光ビームスプリッター３ａから出射する一方の偏光をその偏光方向を回転させずに反射し、又はその偏光方向を回転させて反射する。この反射型液晶素子４ａとしては、例えば、上下基板の間に配置された液晶層を備え、液晶層の液晶分子が上基板と下基板の間で４５度ねじれて水平配向した４５度ツイストのツイストネマティック（ＴＮ）型液晶素子を用いることができる。反射型液晶素子の４ａの背面側基板の外側（または内側）にはアルミニウムを材料とした反射膜が設けられている。

ここで、反射型液晶素子４ａとしてＴＮ型液晶素子を使用するのは、液晶分子をツイスト配向させることにより広い波長帯の偏光方向を９０回転させて反射させるためである。この反射型液晶素子４ａは、偏光ビームスプリッター３ａからの偏光を液晶層への電圧無印加時には略９０度回転させて反射し、電圧印加時には回転させずに反射することができる。この２つの状態は、点灯制御装置２００から受ける信号（液晶素子への印加電圧）に基づいて切り替えることができる。

投射光学系５ａは、反射型液晶素子４ａによって反射され、再び偏光ビームスプリッター３ａを通過した平行光を所定のヘッドライト用配光になるように広げて自車両の前方へ投射するものであり、適宜設計されたレンズが用いられる。なお、投射光学系５ａとしては、レンズや反射鏡、さらにはそれらを組み合わせたものが使用可能である（以下の各実施形態においても同様）。

図２は、第一実施形態の車両用ランプユニットの照射光の明暗が切り替えられる原理を説明するための図である。ここでは、車両用ランプユニット１００の構成部材のうち、偏光ビームスプリッター３ａと反射型液晶素子４ａを抜き出して示し、これらによって照射光の明暗が切り替えられる原理を説明する。

偏光ビームスプリッター３ａに入射する平行光は、非偏光であるためＰ波とＳ波の両成分を有している。この平行光は、偏光ビームスプリッター３ａの偏光分離部分であるワイヤーグリッド偏光子７において、真っ直ぐに通過して偏光ビームスプリッター３ａの右側面から出射するＰ波と、反射により９０度角度（光の進行方向）が変化して偏光ビームスプリッター３ａの下側面から出射して反射型液晶素子４ａへ入射するＳ波に分離される。

反射型液晶素子４ａの電圧無印加時には、反射型液晶素子４ａへ入射したＳ波は液晶層を往復して通過することで偏光方向が９０度回転してＰ波となって反射型液晶素子４ａから出射し、再び偏光ビームスプリッター３ａに入射する。この偏光ビームスプリッター３ａに入射したＰ波は、ワイヤーグリッド偏光子７において真っ直ぐに通過する。このように反射型液晶素子４ａの電圧無印加時には投射光学系５ａを通して照射される光が明状態となる。

一方、反射型液晶素子４ａの電圧印加時には、反射型液晶素子４ａへ入射したＳ波は液晶層を往復して通過しても偏光方向が変わることなくＳ波として反射型液晶素子４ａから出射し、再び偏光ビームスプリッター３ａに入射する。この偏光ビームスプリッター３ａに入射したＳ波は、ワイヤーグリッド偏光子７において反射により９０度角度（光の進行方向）が変わり、光源１ａ側に戻る。このように反射型液晶素子４ａの電圧印加時には投射光学系５ａを通して照射される光が暗状態となる。

このように明状態、暗状態を反射型液晶素子４ａの画素（所定区画）ごとに制御することによって所望の配光パターンが形成される。なお、偏光ビームスプリッター３ａに入射する平行光のうちのＰ波は反射型液晶素子４ａには入射せずに偏光ビームスプリッター３ａを通過するので、偏光ビームスプリッター３ａの外側には光吸収部材を設けておくことも好ましい。

＜第二実施形態＞
図３は、第二実施形態の車両用ランプユニットを説明するための模式図である。第二実施形態の車両用ランプユニット１００ａは、光源１ｂ、平行光学系２、偏光ビームスプリッター３ｂ、反射型液晶素子４ｂ、投射光学系５ｂ、蛍光体８およびこれらを収容するランプユニット筐体６を含んで構成されている。この車両用ランプユニット１００ａは、点灯制御装置２００からの制御を受けて、自車両の前方に存在する前方車両等の位置に応じた配光パターンを形成するものである。

光源１ｂは、単波長の光を放出するものであり、例えば青色光を放出する発光素子（ＬＥＤ）である。

平行光学系２は、光源１ｂから放出される単波長の光を平行光にするものであり、例えば凸レンズを用いることができる。この場合、凸レンズの焦点付近に光源１ｂを配置することにより平行光を作り出すことができる。

偏光ビームスプリッター３ｂは、平行光学系２からの出射光をＰ波とＳ波に分離するものである。偏光ビームスプリッター３ｂとしては、例えば光源１ｂの波長帯域に対応した誘電多層膜を用いた物を使用することができる。このような偏光ビームスプリッター３ｂとしては、例えばシグマ光機社製の偏光ビームスプリッターなどがある。

反射型液晶素子４ｂは、点灯制御装置２００によって与えられる液晶層への印加電圧の大きさに応じて、偏光ビームスプリッター３ｂから出射する一方の偏光をその偏光方向を回転させずに反射し、又はその偏光方向を回転させて反射する。この反射型液晶素子４ｂとしては、例えば、上下基板とその間に挟まれた液晶層を備え、液晶層の液晶分子が上基板と下基板の間で垂直に一軸配向した液晶素子を用いることができる。反射型液晶素子４ｂの背面側基板の外側（または内側）にはアルミニウムを材料とした反射膜が設けられている。

ここで、反射型液晶素子４ｂとして垂直配向型液晶素子を使用するのは、液晶層への電圧無印加時のリターデーションがゼロであることから、入射した偏光を全く変化させることなく（偏光方向を回転させることなく）反射して出射させられるため、照明光の暗状態を最も暗くできるからである。また、液晶層への電圧印加時には、入射した偏光を９０度回転させて反射して出射させられるため、照明光の明状態を作り出すことができる。この２つの状態は、点灯制御装置２００から受ける信号（液晶素子への印加電圧）に基づいて切り替えることができる。垂直配向型である反射型液晶素子４ｂのリターデーションを４分の１波長に合わせることにより偏光を９０度回転させることができるがその値は入射光の波長により異なる、つまり波長依存性を持っている。しかし、この実施形態では光源１ｂとして単波長の光を放出する光源を用いているため波長依存性を考慮する必要はない。

蛍光体８は、偏光ビームスプリッター３ｂからの出射光が入射するように配置されており、入射した単波長の光によって励起されて生じる、この単波長の光とは異なる波長の光（蛍光）を発する。蛍光体８としては、例えば、ＹＡＧ蛍光体と散乱物質を混合して焼き固めた蛍光体プレート、あるいは透明基板に蛍光物質を塗布したものを使用することができる。反射型液晶素子４ｂから反射されて再び偏光ビームスプリッター３ｂを通過した単波長の光（青色光）の一部成分は蛍光体８を励起して黄色光を発し、残り成分の青色光はそのまま蛍光体８を出射する。このとき、黄色光は蛍光体８からの散乱光になり、青色光は散乱物質により同じく散乱光になり、それらは混色されて白色の散乱光として蛍光体８から出射される。

投射光学系５ｂは、蛍光体８を通過した散乱光を所定のヘッドライト用配光になるように広げて自車両の前方へ投射するものであり、適宜設計されたレンズが用いられる。

図４は、第二実施形態の車両用ランプユニットの照射光の明暗が切り替えられる原理を説明するための図である。ここでは、車両用ランプユニット１００ａの構成部材のうち、偏光ビームスプリッター３ｂ、反射型液晶素子４ｂおよび蛍光体８を抜き出して示し、これらによって照射光の明暗が切り替えられる原理を説明する。

偏光ビームスプリッター３ｂに入射する平行光は、非偏光であるためＰ波とＳ波の両成分を有している。この平行光は、偏光ビームスプリッター３ｂの偏光分離部分である誘電体多層膜において、真っ直ぐに通過して偏光ビームスプリッター３ｂの右側面から出射するＰ波と、反射により９０度角度（光の進行方向）が変化して偏光ビームスプリッター３ｂの下面側から出射して反射型液晶素子４ｂへ入射するＳ波に分離される。

反射型液晶素子４ｂの電圧無印加時には、反射型液晶素子４ｂへ入射したＳ波は液晶層を往復して通過しても偏光方向が変わることなくＳ波として反射型液晶素子４ｂから出射し、再び偏光ビームスプリッター３ｂに入射する。この偏光ビームスプリッター３ｂに入射したＳ波は、偏光分離部分である誘電体多層膜において反射により９０度角度（光の進行方向）が変わり、光源１ｂ側に戻る。このように反射型液晶素子４ｂの電圧無印加時には投射光学系５ｂを通して照射される光が暗状態となる。

反射型液晶素子４ｂの電圧印加時には、反射型液晶素子４ｂへ入射したＳ波は液晶層を通過することで偏光方向が９０度回転してＰ波となって反射型液晶素子４ｂから出射し、再び偏光ビームスプリッター３ｂに入射する。この偏光ビームスプリッター３ｂに入射したＰ波は、誘電体多層膜において真っ直ぐに通過する。このように反射型液晶素子４ｂの電圧無印加時には投射光学系５ｂを通して照射される光が明状態となる。

このように明状態、暗状態を反射型液晶素子４ｂの画素（所定区画）ごとに制御することによって所望の配光パターンが形成される。なお、偏光ビームスプリッター３ｂに入射する平行光のうちのＰ波は反射型液晶素子４ｂには入射せずに偏光ビームスプリッター３ｂを通過するので、偏光ビームスプリッター３ｂの外側には光吸収部材を設けておくことも好ましい。

＜第三実施形態＞
第三実施形態の車両用ランプユニットの構成は基本的に上記した第一実施形態および第二実施形態と同様であるので、ここでは図示を省略する。第一実施形態等との相違点は、光源として偏光を発するもの（例えば、半導体レーザー素子）を用いている点である。なお、レーザー光は元々平行光であるがビーム系が小さいため、平行光学系２としてはビームエキスパンダー（例えばシグマ光機社製）を用いる。

図５は、第三実施形態の車両用ランプユニットの照射光の明暗が切り替えられる原理を説明するための図である。ここでは、第二実施形態と同様の構成を前提とし（図３参照）、車両用ランプユニット１００ａの構成部材のうち、偏光ビームスプリッター３ｂ、反射型液晶素子４ｂおよび蛍光体８を抜き出して示し、これらによって照射光の明暗が切り替えられる原理を説明する。

偏光ビームスプリッター３ｂに入射する平行光はＳ波のみの偏光である。この平行光は、偏光ビームスプリッター３ｂの偏光分離部分である誘電体多層膜において反射により９０度角度（光の進行方向）が変化して偏光ビームスプリッター３ｂの下面側から出射して反射型液晶素子４ｂへ入射する。

偏光ビームスプリッター３ｂを出射した光（青色光）は蛍光体８に入射し、白色光に変換されて出射する。このように明状態、暗状態を反射型液晶素子４ｂの画素（所定区画）ごとに制御することによって所望の配光パターンが形成される。本実施形態のように入射する平行光の全てがＳ波であれば全ての光を使用することができるため光利用率を高めることができる。

＜第四実施形態＞
図６は、第四実施形態の車両用ランプユニットを説明するための模式図である。第四実施形態の車両用ランプユニット１００ｂは、光源１ａ、平行光学系２、偏光ビームスプリッター３ａ、反射型液晶素子４ｃ、４ｄ、投射光学系５ａ、およびこれらを収容するランプユニット筐体６を含んで構成されている。この車両用ランプユニット１００ｂは、上記した第一実施形態の車両用ランプユニット１００に対してさらに１つの反射型液晶素子を追加した点のみが異なっているので、両者に共通する構成部材については説明を省略する。

２つの反射型液晶素子４ｃ、４ｄは、それぞれ上記した第一実施形態の車両用ランプユニット１００における反射型液晶素子４ａと同じ構成を有している。反射型液晶素子４ｃ、４ｄとしてＴＮ型液晶素子を使用するのは、液晶分子をツイスト配向させることにより広い波長帯の偏光方向を９０回転させて反射させるためである。これらの反射型液晶素子４ｃ、４ｄは、偏光ビームスプリッター３ａからの偏光を液晶層への電圧無印加時には略９０度回転させて反射し、電圧印加時には回転させずに反射することができる。この２つの状態は、点灯制御装置２００から受ける信号（液晶素子への印加電圧）に基づいて切り替えることができる。

詳細には、一方の反射型液晶素子４ｃは、偏光ビームスプリッター３ａで分離されたＳ波を制御するためのものであり、図中において偏光ビームスプリッター３ａの下側面に配置されている。他方の反射型液晶素子４ｄは、偏光ビームスプリッター３ａで分離されたＰ波を制御するためのものであり、図中において偏光ビームスプリッター３ａの右側面に配置されている。

投射光学系５ａは、２つの反射型液晶素子４ｃ、４ｄのそれぞれから反射し、再度偏光ビームスプリッター３ａで合成された後に出射した平行光を所定のヘッドライト用配光になるように広げる。

図７は、第四実施形態の車両用ランプユニットの照射光の明暗が切り替えられる原理を説明するための図である。ここでは、車両用ランプユニット１００ｂの構成部材のうち、偏光ビームスプリッター３ａと２つの反射型液晶素子４ｃ、４ｄを抜き出して示し、これらによって照射光の明暗が切り替えられる原理を説明する。

偏光ビームスプリッター３ａに入射する平行光は、非偏光であるためＰ波とＳ波の両成分を有している。この平行光は、偏光ビームスプリッター３ａの偏光分離部分であるワイヤーグリッド偏光子７において、真っ直ぐに通過して偏光ビームスプリッター３ａの右側面から出射するＰ波と、反射により９０度角度（光の進行方向）が変化して偏光ビームスプリッター３ａの下面側から出射して反射型液晶素子４ｃへ入射するＳ波に分離される。

反射型液晶素子４ｃの電圧無印加時には、反射型液晶素子４ｃへ入射したＳ波は液晶層を往復して通過することで偏光方向が９０度回転してＰ波となって反射型液晶素子４ｃから出射し、再び偏光ビームスプリッター３ａに入射する。この偏光ビームスプリッター３ａに入射したＰ波は、ワイヤーグリッド偏光子７において真っ直ぐに通過する。このように反射型液晶素子４ｃの電圧無印加時には投射光学系５ａを通して照射される光が明状態となる。

また、反射型液晶素子４ｄの電圧無印加時には、反射型液晶素子４ｄへ入射したＰ波は液晶層を通過することで偏光方向が９０度回転してＳ波となって反射型液晶素子４ｄから出射し、再び偏光ビームスプリッター３ａに入射する。この偏光ビームスプリッター３ａに入射したＳ波は、ワイヤーグリッド偏光子７において反射により９０度角度（光の進行方向）が変化し、照射光として偏光ビームスプリッター３ａから出射する。このように反射型液晶素子４ｄの電圧無印加時には投射光学系５ａを通して照射される光が明状態となる。

一方、反射型液晶素子４ｃの電圧印加時には、反射型液晶素子４ｃへ入射したＳ波は液晶層を通過しても偏光方向が変わることなくＳ波として反射型液晶素子４ｃから出射し、再び偏光ビームスプリッター３ａに入射する。この偏光ビームスプリッター３ａに入射したＳ波は、ワイヤーグリッド偏光子７において反射により９０度角度（光の進行方向）が変わり、光源１ａ側に戻る。このように反射型液晶素子４ｃの電圧印加時には投射光学系５ａを通して照射される光が暗状態となる。

また、反射型液晶素子４ｄの電圧印加時には、反射型液晶素子４ｄへ入射したＰ波は液晶層を通過しても偏光方向が変わることなくＰ波として反射型液晶素子４ｄから出射し、再び偏光ビームスプリッター３ａに入射する。この偏光ビームスプリッター３ａに入射したＰ波は、ワイヤーグリッド偏光子７において真っ直ぐに通過して光源１ａ側に戻る。このように反射型液晶素子４ｄの電圧印加時には投射光学系５ａを通して照射される光が暗状態となる。

このように明状態、暗状態を反射型液晶素子４ｃ、４ｄの画素（所定区画）ごとに制御することによって所望の配光パターンが形成される。ここで、２つの反射型液晶素子４ｃ、４ｄでそれぞれ反射された出射光は偏光ビームスプリッター３ａで足し合わされることになる。このとき、２つの反射型液晶素子４ｃ、４ｄとして配光パターンが全く同じものを用い、配光パターンを同位置で重ね合せれば、光の利用効率が高く明暗のコントラストが高い車両用ランプユニットが実現できる。図８（Ａ）は一方の反射型液晶素子４ｃによる配光パターン例、図８（Ｂ）は他方の反射型液晶素子４ｄによる配光パターン例、図８（Ｃ）は合成配光パターン例を示す図である。

また、２つの反射型液晶素子４ｃ、４ｄとして配光パターンが異なるものを用いるか、あるいは配光パターンが全く同じものを用いて配光パターンの位置をずらして重ね合せれば、各配光パターンからの光が足し合わされて最も明るくなる部分と、片方のパターンから光のみで中間の明るさとなる部分と、両方の反射光パターンが届かない最も暗くなる部分の３種類の明るさを制御可能な車両用ランプユニットを実現できる。図９（Ａ）は一方の反射型液晶素子４ｃによる配光パターン例、図９（Ｂ）は他方の反射型液晶素子４ｄによる配光パターン例、図９（Ｃ）は合成配光パターン例を示す図である。

＜第五実施形態＞
図１０は、第五実施形態の車両用ランプユニットを説明するための模式図である。第五実施形態の車両用ランプユニット１００ｃは、光源１ｂ、平行光学系２、偏光ビームスプリッター３ｂ、反射型液晶素子４ｅ、４ｆ、投射光学系５ｂ、蛍光体８およびこれらを収容するランプユニット筐体６を含んで構成されている。この車両用ランプユニット１００ｃは、上記した第二実施形態の車両用ランプユニット１００ａに対してさらに１つの反射型液晶素子を追加した点のみが異なっているので、両者に共通する構成部材については説明を省略する。

２つの反射型液晶素子４ｅ、４ｆは、それぞれ上記した第二実施形態の車両用ランプユニット１００ａにおける反射型液晶素子４ｂと同じ構成を有している。ここで、反射型液晶素子４ｅ、４ｆとして垂直配向型液晶素子を使用するのは、液晶層への電圧無印加時のリターデーションがゼロであることから、入射した偏光を全く変化させることなく（偏光方向を回転させることなく）反射して出射させられるため、照明光の暗状態を最も暗くできるからである。また、液晶層への電圧印加時には、入射した偏光を９０度回転させて反射して出射させられるため、照明光の明状態を作り出すことができる。この２つの状態は、点灯制御装置２００から受ける信号（液晶素子への印加電圧）に基づいて切り替えることができる。垂直配向型である反射型液晶素子４ｅ、４ｆのそれぞれのリターデーションを４分の１波長に合わせることにより偏光を９０度回転させることができるがその値は入射光の波長により異なる、つまり波長依存性を持っている。しかし、この実施形態では光源１ｂとして単波長光を放出する光源を用いているため波長依存性を考慮する必要はない。

一方の反射型液晶素子４ｅは、偏光ビームスプリッター３ｂで分離されたＳ波を制御するためのものであり、図中において偏光ビームスプリッター３ｂの下側面に配置されている。他方の反射型液晶素子４ｆは、偏光ビームスプリッター３ｂで分離されたＰ波を制御するためのものであり、図中において偏光ビームスプリッター３ｂの右側面に配置されている。

図１１は、第五実施形態の車両用ランプユニットの照射光の明暗が切り替えられる原理を説明するための図である。ここでは、車両用ランプユニット１００ｃの構成部材のうち、偏光ビームスプリッター３ｂ、反射型液晶素子４ｅ、４ｆおよび蛍光体８を抜き出して示し、これらによって照射光の明暗が切り替えられる原理を説明する。

偏光ビームスプリッター３ｂに入射する平行光は、非偏光であるためＰ波とＳ波の両成分を有している。この平行光は、偏光ビームスプリッター３ｂの偏光分離部分である誘電体多層膜において、真っ直ぐに通過して偏光ビームスプリッター３ｂの右側面から出射するＰ波と、反射により９０度角度（光の進行方向）が変化して偏光ビームスプリッター３ｂの下面側から出射して反射型液晶素子４ｅへ入射するＳ波に分離される。

反射型液晶素子４ｅの電圧無印加時には、反射型液晶素子４ｅへ入射したＳ波は液晶層を往復して通過しても偏光方向が変わることなくＳ波として反射型液晶素子４ｅから出射し、再び偏光ビームスプリッター３ｂに入射する。この偏光ビームスプリッター３ｂに入射したＳ波は、偏光分離部分である誘電体多層膜において反射により９０度角度（光の進行方向）が変わり、光源１ｂ側に戻る。このように反射型液晶素子４ｅの電圧無印加時には投射光学系５ｂを通して照射される光が暗状態となる。

また、反射型液晶素子４ｆの電圧無印加時には、反射型液晶素子４ｆへ入射したＰ波は液晶層を往復して通過しても偏光方向が変わることなくＰ波として反射型液晶素子４ｆから出射し、再び偏光ビームスプリッター３ｂに入射する。この偏光ビームスプリッター３ｂに入射したＰ波は、偏光分離部分である誘電体多層膜において真っ直ぐに通過して光源１ｂ側に戻る。このように反射型液晶素子４ｆの電圧無印加時には投射光学系５ｂを通して照射される光が暗状態となる。

反射型液晶素子４ｅの電圧印加時には、反射型液晶素子４ｅへ入射したＳ波は液晶層を往復して通過することで偏光方向が９０度回転してＰ波となって反射型液晶素子４ｅから出射し、再び偏光ビームスプリッター３ｂに入射する。この偏光ビームスプリッター３ｂに入射したＰ波は、誘電体多層膜において真っ直ぐに通過する。このように反射型液晶素子４ｅの電圧印加時には投射光学系５ｂを通して照射される光が明状態となる。

また、反射型液晶素子４ｆの電圧印加時には、反射型液晶素子４ｆへ入射したＰ波は液晶層を往復して通過することで偏光方向が９０度回転してＳ波となって反射型液晶素子４ｆから出射し、再び偏光ビームスプリッター３ｂに入射する。この偏光ビームスプリッター３ｂに入射したＳ波は、誘電体多層膜において反射により９０度角度（光の進行方向）が変わり、照射光として偏光ビームスプリッター３ｂから出射する。このように反射型液晶素子４ｆの電圧印加時には投射光学系５ｂを通して照射される光が明状態となる。

このように明状態、暗状態を反射型液晶素子４ｅ、４ｆの画素（所定区画）ごとに制御することによって所望の配光パターンが形成される。ここで、２つの反射型液晶素子４ｅ、４ｆでそれぞれ反射された出射光は偏光ビームスプリッター３ｂで足し合わされることになる。このとき、２つの反射型液晶素子４ｅ、４ｆとして配光パターンが全く同じものを用い、配光パターンを同位置で重ね合せれば、光の利用効率が高く明暗のコントラストが高い車両用ランプユニットが実現できる（上記した図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）参照）。

また、２つの反射型液晶素子４ｅ、４ｆとして配光パターンが異なるものを用いるか、あるいは配光パターンが全く同じものを用いて配光パターンの位置をずらして重ね合せれば、各配光パターンからの光が足し合わされて最も明るくなる部分と、片方のパターンから光のみで中間の明るさとなる部分と、両方の反射光パターンが届かない最も暗くなる部分の３種類の明るさを制御可能な車両用ランプユニットを実現できる（上記した図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）参照）。

以上のような各実施形態によれば、明暗光のコントラスト比が高く、照明のカットを十分に行える車両用ランプユニット並びに車両用前照灯システムが得られる。

なお、本発明は上述した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、上記した各実施形態では反射型液晶素子の制御は電圧印加と電圧無印加というように２値の電圧しか用いていないが、印加する電圧をより細かく設定することで入射光の反射率を連続的に変化させることができる。それにより、照射領域ごとに明るさを自由に設定にした車両用ランプユニット並びに車両用前照灯システムを実現できる。

１ａ、１ｂ：光源
２：平行光学系
３ａ、３ｂ：偏光ビームスプリッター
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ：反射型液晶素子
５ａ、５ｂ：投射光学系
６：ランプユニット筐体
７：ワイヤーグリッド偏光子
８:蛍光体
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ：車両用ランプユニット
２００：点灯制御装置

Claims

自車両の前方に対して選択的な光照射を行うための車両用前照灯ユニットであって、
単波長である第１波長の光を放出する光源と、
前記光源からの前記第１波長の光を平行光にする平行光学系と、
前記平行光学系から出射する前記第１波長の光を互いの偏光方向が直交する２つの偏光に分離する偏光ビームスプリッターと、
前記偏光ビームスプリッターによって分離される前記２つの偏光のうち当該偏光ビームスプリッターの第１面から出射する第１偏光の偏光方向を回転させずに反射する第１状態と当該偏光方向を回転させて反射する第２状態を所定区分ごとに切り替え可能な反射型液晶素子と、
前記反射型液晶素子から反射されて再び前記偏光ビームスプリッターを通過した第２偏光により励起されて前記第１波長とは異なる第２波長の蛍光を発する蛍光体と、
前記蛍光体からの前記蛍光と前記蛍光体を通過した前記第２偏光との混色光を前記自車両の前方に投射する投射光学系と、
を含む、車両用前照灯ユニット。
自車両の前方に対して選択的な光照射を行うための車両用前照灯ユニットであって、
単波長である第１波長の光を放出する光源と、
前記光源からの前記第１波長の光を平行光にする平行光学系と、
前記平行光学系から出射する前記第１波長の光を互いの偏光方向が直交する２つの偏光に分離する偏光ビームスプリッターと、
前記偏光ビームスプリッターによって分離される前記２つの偏光のうち当該偏光ビームスプリッターの第１面から出射する第１偏光の偏光方向を回転させずに反射する第１状態と当該偏光方向を回転させて反射する第２状態を所定区分ごとに切り替え可能な第１反射型液晶素子と、
前記偏光ビームスプリッターによって分離される前記２つの偏光のうち当該偏光ビームスプリッターの第２面から出射する第２偏光の偏光方向を回転させずに反射する第１状態と当該偏光方向を回転させて反射する第２状態を所定区分ごとに切り替え可能な第２反射型液晶素子と、
前記第１反射型液晶素子から反射されて再び前記偏光ビームスプリッターを通過した第３偏光及び前記第２反射型液晶素子から反射されて前記偏光ビームスプリッターで反射した第４偏光により励起されて前記第１波長とは異なる第２波長の蛍光を発する蛍光体と、
前記蛍光体からの前記蛍光と前記蛍光体を通過した前記第３偏光及び前記第４偏光との混色光を前記自車両の前方に投射する投射光学系と、
を含む、車両用前照灯ユニット。
前記光源が偏光を発する光源である、
請求項１に記載の車両用前照灯ユニット。
前記第１反射型液晶素子と前記第２反射型液晶素子の各々からの反射光の明暗パターンが同一であり、当該同一の明暗パターンが互いに重なるように前記偏光ビームスプリッターで合成される、
請求項２に記載の車両用前照灯ユニット。
前記第１反射型液晶素子と前記第２反射型液晶素子の各々からの反射光の明暗パターンが異なっており、当該異なる明暗パターンが互いに重なるように前記偏光ビームスプリッターで合成される、
請求項２に記載の車両用前照灯ユニット。