JP6949244B2 - 車両用マトリクス式照明装置 - Google Patents

Description

本発明は車用ライトの分野に関し、特に、車両用マトリクス式照明装置に関する。

車両が夜間に走行する際、運転手の多くはヘッドライトを点灯して照明するが、ヘッドライトによる照明は、道路上のその他の関係者（例えば、対向進行車や同一方向進行車等）に対し危険な眩しさを形成し得る。そのため、交通事故を誘発しやすく、道路上での各方面の夜間走行の安全性を低下させている。

車両の夜間走行時における安全性の問題が日々明らかになるにつれて、自動車関連メーカーの多くが新型のスマート車用ライト技術を研究開発するようになっている。新型のスマート車用ライト技術とは、主としてＡＦＳやＡＤＢモジュール機能の実現を目的として開発される光形可変車用ライトのことをいう。例えば、ＡＤＢモジュール機能を有するヘッドライトが車両の感知システムと連携し、道路上のその他の関係者がヘッドライトにより照明されるいずれかの区間内に位置することを感知により発見すると、システムがヘッドライトを構成する各ＬＥＤを個別に制御することで、照明領域及び照明輝度をリアルタイムでスマート調節可能とする。これにより、被照明者に対する危険な眩しさの形成が回避されるが、道路上のその他の関係者がいない空間に対して高輝度の照明を維持する。しかし、従来技術が提示しているＡＤＢモジュール機能を有するヘッドライトでは、光源モジュールを構成する各ＬＥＤの配列間隔が非常に遠いため、ヘッドライトの構造が巨大となり、重量が重くなる。

上述した従来技術の欠点に鑑みて、本発明の目的は、光形を可変とするとともに、体積の小型化も実現可能な車両用マトリクス式照明装置を提供することである。

上記の目的を実現するために、本発明は、車両用マトリクス式照明装置を提供する。当該照明装置は、光軸方向に順に設置される光源モジュール、投影レンズ、投影出射空間及び投影像面を含み、前記光源モジュールは、光軸方向に沿って順に設置される光源アレイユニット、遮光リブアレイユニット及び収光レンズアレイユニットを含む。前記光源アレイユニットは、個別に制御され且つマトリクス状に配列される複数の発光光源を有している。前記遮光リブアレイユニットは、マトリクス状に配列され且つ各発光光源の外周に設けられる複数の遮光リブを有している。前記収光レンズアレイユニットは、マトリクス状に配置され且つ光軸方向に沿って各発光光源に正対するよう設置される複数の収光レンズを有している。前記光源アレイユニットの発光光源から発せられる光線は、光軸方向に沿って順に収光レンズ、投影レンズ及び投影出射空間を経由して伝播したあとに、投影像面上にマトリクス式光分布を形成する。

更に、前記投影レンズは、光軸方向に沿って順に設置される第１レンズと第２レンズを含んでいる。前記第１レンズと第２レンズは、屈折率と光分散係数がいずれも異なっている。

好ましくは、前記第１レンズと第２レンズの材料は、ＰＭＭＡ、ＰＣ又はガラスである。

更に、前記発光光源は、半導体光源であるか、或いは、半導体レーザと光変換素子を含むか、或いは、固体レーザと光変換素子を含む。

好ましくは、前記収光レンズはフレネルレンズである。

更に、前記遮光リブアレイユニットと収光レンズアレイユニットは、一体部材として射出成形又は圧縮成形される。

好ましくは、前記収光レンズアレイユニットの材料は、有機ケイ素、ＰＣ、ＰＭＭＡ又はガラスである。

好ましくは、前記遮光リブアレイユニットは不透明材料で形成される。

好ましくは、前記遮光リブアレイユニットは、透明材料で形成される基体と、基体の表面にスプレーされる黒色塗装で形成される遮光層を含む。

以上述べたように、本願で提示する車両用マトリクス式照明装置は以下の有益な効果を有する。

本願では、光源モジュールの複数の発光光源を個別に制御することで、道路上のその他の関係者に対する危険な眩しさの形成を回避可能であり、道路上での各方面の夜間走行の安全が保証される。特に、本願における個別に制御される複数の発光光源はマトリクス状に配列されており、且つ、マトリクス状に配列される遮光リブと収光レンズに組み合わされている。これにより、良好な光出射効果が得られるとともに、光源モジュールの体積を効果的に縮小可能となり、車両用マトリクス式照明装置全体が小型化される。

図１は、本願における車両用マトリクス式照明装置の構造を示す図である。 図２は、本願における車両用マトリクス式照明装置の光学原理図である。 図３は、本願における光源モジュールの実施例１の構造を示す図である。 図４は、図３の断面図である。 図５は、図３を他の方向から見た場合の遮光リブアレイユニットと収光レンズアレイユニットの接続を示す図である。 図６は、本願における光源モジュールの実施例２の構造を示す図である。 図７は、図６の断面図である。 図８は、本願における光源モジュールの光学原理図である。

以下に、特定の具体的実施例によって本発明の実施形態を説明する。なお、当業者であれば、本明細書に開示の内容から本発明におけるその他の利点及び効果を容易に理解可能である。

なお、本明細書の図面に記載する構造、比率、寸法等は、いずれも明細書に開示の内容と組み合わせて当業者の理解と閲読に供するものにすぎず、本発明で実施可能な限定条件を規定するものではないため、技術上の実質的意味はない。あらゆる構造の補足、比率関係の変更又は寸法の調整は、本発明により得られる効果及び達成可能な目的に影響しないことを前提に、いずれも本発明で開示する技術内容でカバー可能な範囲に包括される。また、本明細書で引用する「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」、「一つの」等の用語もまた記載を明瞭化するためのものにすぎず、本発明で実施可能な範囲を限定するものではない。よって、相対関係の変更又は調整もまた、技術内容を実質的に変更しないことを前提に、本発明で実施可能な範疇とみなされる。

記載の便宜上、以下の実施例では、光軸方向１を前方向と定義する。そのため、図２では、紙面の左側が前方向である。

図１及び図２に示すように、本願は、光軸方向１に沿って順に設置される光源モジュール２、投影レンズ３、投影出射空間４、及びシステムの一定の距離に位置する投影像面５を含む車両用マトリクス式照明装置を提供する。図３及び図４、又は図６及び図７に示すように、前記光源モジュール２は、光軸方向１に沿って順に設置される光源アレイユニット２１、遮光リブアレイユニット２２及び収光レンズアレイユニット２３を含む。前記光源アレイユニット２１は、個別に明暗が制御され、且つマトリクス状に配列される複数の発光光源２１１を有している。前記遮光リブアレイユニット２２は、マトリクス状に配列され、且つ各発光光源２１１の外周に設けられる複数の遮光リブ２２１を有している。前記収光レンズアレイユニット２３は、マトリクス状に配置され、且つ光軸方向１に沿って各発光光源２１１に正対するよう設置される複数の収光レンズ２３１を有している。即ち、各発光光源２１１の真正面に収光レンズ２３１が１つずつ設置されている。

上記の車両用マトリクス式照明装置では、光源モジュール２が発光する。即ち、図８に示すように、光源アレイユニット２１の発光光源２１１が発光し（通常は発散ビームとなる）、発せられたビームの大部分が、収光レンズアレイユニット２３における当該発光光源２１１と正対するよう設置された収光レンズ２３１によって収集されて屈折したあと、ビームの角度とビームの口径が変化して光軸方向１に沿って引き続き伝播する。ここで、光源アレイユニット２１において、各発光光源２１１から発せられる角度の大きなビームは、当該発光光源２１１の外周に位置する遮光リブ２２１によって遮断される。そのため、角度の大きなビームは光軸方向１に沿って引き続き伝播することはなく、光源アレイユニット２１におけるその他の発光光源２１１から発せられるビームに干渉しない。システムは、発光モジュールから出射された光を光軸方向１に沿って伝播させ、投影レンズ３を経由して屈折させたあとに、投影出射空間４内で所望の光分布を実現する。最後に、一定の距離に位置する投影像面５に発光モジュールのマトリクス式光分布６を均一に形成可能とすることで、アレイ型のピクセル化照明を実現する。車両の感知システムは、道路上のその他の関係者が自車の車両用マトリクス式照明装置のいずれかのピクセル区間内に位置していることを感知により発見すると、個別に明暗が制御される複数の発光光源２１１の照明輝度を制御することで、投影出射空間４内における複数の光線の明暗変調を実現する。これにより、投影像面５に形成されるマトリクス式光分布６を調節して、道路上のその他の関係者に対する危険な眩しさの形成を効果的に回避する。また、車両の感知システムは、道路上にその他の関係者がいないことを感知により発見すると、車両用マトリクス式照明装置に高輝度照明を維持させる。つまり、本願の車両用マトリクス式照明装置は、車両のマトリクス式自己適応型ヘッドライトであって、複数の発光光源２１１を個別に制御することで、投影像面５に複数の形式のマトリクス式光分布６を形成可能なため、道路上のその他の関係者に対し眩しさを形成することがない。当該技術をベースとすることで、自身（マトリクス式自己適応型ヘッドライトを搭載）の前方については質の高い照明を保証可能としつつ、道路上のその他の関係者（例えば、対向進行や同一方向進行の車両等）に対しては危険な眩しさを形成し得ないようにすることで、道路上での各方面の夜間走行の安全が保証される。特に、本願における個別に制御される複数の発光光源２１１はマトリクス状に配列されており、且つ、マトリクス状に配列される遮光リブ２２１と収光レンズ２３１に組み合わされている。これにより、良好な光出射効果が得られるとともに、光源モジュール２の体積を効果的に縮小可能となり、車両用マトリクス式照明装置全体が小型化される。

図１に示すように、前記投影レンズ３は、光軸方向１に沿って順に設置される第１レンズ３１と第２レンズ３２を含んでいる。前記第１レンズ３１と第２レンズ３２は、屈折率と光分散係数がいずれも異なっている。前記第１レンズ３１と第２レンズ３２の材料は、ＰＭＭＡ、ＰＣ等のプラスチックとしてもよいし、ガラスとしてもよい。光源モジュール２から発せられるビームは、異なる波長のスペクトルから構成される広域スペクトルビームである。屈折率と光分散係数が異なる第１レンズ３１と第２レンズ３２を組み合わせて使用することで、光源モジュール２から発せられる広域スペクトルビームが投影レンズ３を通過したあとに色が分離した不鮮明な投射効果を形成するとの事態を防止可能となり、アクロマート作用が奏される。前記第１レンズ３１と第２レンズ３２は２種類の材料で射出成形されてもよいし、接着されてもよいし、２つの分離したレンズとしてもよい。

図４又は図８に示すように、前記光源モジュール２のうち、光源アレイユニット２１における個別に明暗が制御される各発光光源２１１、遮光リブアレイユニット２２における当該発光光源２１１の外周に独立して位置する各遮光リブ２２１、及び収光レンズアレイユニット２３における当該発光光源２１１の真正面に独立して位置する各収光レンズ２３１は一対一で対応している。図５に示すように、各遮光リブ２２１はいずれもフレーム型構造とすることが好ましい。よって、各遮光リブ２２１は４本の辺を有し、隣り合う２つの遮光リブ２２１が１本の辺を共有する。前記発光光源２１１のタイプは様々であり、半導体光源としてもよいし、半導体レーザと光変換素子を含む光源としてもよいし、固体レーザと光変換素子を含む光源としてもよい。光変換素子は、光変換材料から構成すればよい。また、複数の遮光リブ２２１をマトリクス状に配列することで形成される遮光リブアレイユニット２２は一体型部材である。遮光リブアレイユニット２２は不透明材料で形成すればよい。或いは、遮光リブアレイユニット２２は、透明材料で形成される基体と、基体の表面にスプレーされる黒色塗装で形成される遮光層を含む。即ち、遮光リブアレイユニット２２を透明材料で形成したあとに黒色塗装をスプレーする。また、前記収光レンズ２３１は、フレームを別途使用して固定してもよいし、遮光リブアレイユニット２２に直接固定してもよい。収光レンズ２３１を遮光リブアレイユニット２２に固定する場合には、収光レンズ２３１と遮光リブアレイユニット２２が一体部材となるよう形成すればよい。例えば、図３又は図６に示すように、遮光リブアレイユニット２２と収光レンズアレイユニット２３を一体部材として射出成形又は圧縮成形することで、車両用マトリクス式照明装置の体積を更に縮小する。なお、言うまでもなく、遮光リブアレイユニット２２と収光レンズアレイユニット２３は２つの別個の部品としてもよい。

前記光源モジュール２には２種類の好ましい実施例が存在する。実施例１では、図３〜図５に示すように、収光レンズ２３１としてフレネルレンズを選択することで、光源モジュール２の空間の縮小や、光源モジュール２の重量及びコストの低減を更に可能とする。また、実施例２では、図６及び図７に示すように、収光レンズ２３１として通常のレンズを選択する。光源モジュール２の２つの実施例において、収光レンズアレイユニット２３の材料は、有機ケイ素、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ガラス等の透明材料とすればよい。また、収光レンズアレイユニット２３の表面は平滑な鏡面としてもよいし、粗い構造表面としてもよい。

以上述べたように、本願で提示した車両用マトリクス式照明装置は以下の有益な効果を有する。

１．投影像面５においてマトリクス式光分布６を取得可能であり、アレイ型のピクセル化照明が実現される。

２．マトリクス状に配列される発光光源２１１の明暗を個別に制御し、投影出射空間４内における複数の光線の明暗変調を実現可能とすることで、目標とする複数の遮断処理能力が遂行される。

３．複数の発光光源２１１、複数の遮光リブ２２１及び複数の収光レンズ２３１はいずれもマトリクス状に配列されているため、光源モジュール２の体積を縮小可能であるとともに、光源のエネルギー利用率を向上可能である。

４．構造をシンプルとし、ライトガイド等の光学整形構造を省略することで、アレイ型のピクセル化照明手段における光学系の体積を縮小しているため、加工コストや組み付けの難度が低下する。

５．迷光遮断構造として遮光リブアレイユニット２２が設けられているため、光源アレイユニット２１における複数の発光光源２１１から発せられる光同士が干渉せず、光の分布が均一となる。

６．屈折率及び光分散係数が異なる第１レンズ３１と第２レンズ３２から構成される光分散除去構造を設けることで、投射面における色ムラや不鮮明さの発生を効果的に回避可能となる。

そのため、本発明は従来技術における様々な欠点を効果的に解消しており、高度な産業上の利用価値を有する。

なお、上記の実施例は本発明の原理と効果を例示的に説明するためのものにすぎず、本発明を制限する主旨ではない。当該技術を熟知する者であれば、本発明の精神及び範疇を逸脱しないことを前提に、上記実施例を補足又は変形可能である。従って、本発明が開示する精神及び技術思想を逸脱しないことを前提に当業者が実施するあらゆる等価の補足又は変形は、本発明の特許請求の範囲に包括される。

１ 光軸方向
２ 光源モジュール
２１ 光源アレイユニット
２１１ 発光光源
２２ 遮光リブアレイユニット
２２１ 遮光リブ
２３ 収光レンズアレイユニット
２３１ 収光レンズ
３ 投影レンズ
３１ 第１レンズ
３２ 第２レンズ
４ 投影出射空間
５ 投影像面
６ マトリクス式光分布

Claims (9)

1. 光軸方向（１）に順に設置される光源モジュール（２）、投影レンズ（３）、投影出射空間（４）及び投影像面（５）を含み、前記光源モジュール（２）は、光軸方向（１）に沿って順に設置される光源アレイユニット（２１）、遮光リブアレイユニット（２２）及び収光レンズアレイユニット（２３）を含み、前記光源アレイユニット（２１）は、個別に制御され且つマトリクス状に配列される複数の発光光源（２１１）を有しており、前記遮光リブアレイユニット（２２）は、マトリクス状に配列され且つ各発光光源（２１１）の外周に設けられる複数の遮光リブ（２２１）を有しており、前記収光レンズアレイユニット（２３）は、マトリクス状に配置され且つ光軸方向（１）に沿って各発光光源（２１１）に正対するよう設置される複数の収光レンズ（２３１）を有しており、前記光源アレイユニット（２１）の発光光源（２１１）から発せられる光線は、光軸方向（１）に沿って順に収光レンズ（２３１）、投影レンズ（３）及び投影出射空間（４）を経由して伝播したあとに、投影像面（５）上にマトリクス式光分布（６）を形成することを特徴とする車両用マトリクス式照明装置。
2. 前記投影レンズ（３）は、光軸方向（１）に沿って順に設置される第１レンズ（３１）と第２レンズ（３２）を含んでおり、前記第１レンズ（３１）と第２レンズ（３２）は、屈折率と光分散係数がいずれも異なっていることを特徴とする請求項１に記載の車両用マトリクス式照明装置。
3. 前記第１レンズ（３１）と第２レンズ（３２）の材料は、ＰＭＭＡ、ＰＣ又はガラスであることを特徴とする請求項２に記載の車両用マトリクス式照明装置。
4. 前記発光光源（２１１）は、半導体光源であるか、或いは、半導体レーザと光変換素子を含むか、或いは、固体レーザと光変換素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用マトリクス式照明装置。
5. 前記収光レンズ（２３１）はフレネルレンズであることを特徴とする請求項１に記載の車両用マトリクス式照明装置。
6. 前記遮光リブアレイユニット（２２）と収光レンズアレイユニット（２３）は、一体部材として射出成形又は圧縮成形されることを特徴とする請求項１に記載の車両用マトリクス式照明装置。
7. 前記収光レンズアレイユニット（２３）の材料は、有機ケイ素、ＰＣ、ＰＭＭＡ又はガラスであることを特徴とする請求項１又は６に記載の車両用マトリクス式照明装置。
8. 前記遮光リブアレイユニット（２２）は不透明材料で形成されることを特徴とする請求項１又は６に記載の車両用マトリクス式照明装置。
9. 前記遮光リブアレイユニット（２２）は、透明材料で形成される基体と、基体の表面にスプレーされる黒色塗装で形成される遮光層を含むことを特徴とする請求項１又は６に記載の車両用マトリクス式照明装置。
   

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