JP6987350B2 - 車載用前照灯および光の投射方法 - Google Patents

Description

本発明は、車載用前照灯および光の投射方法に関し、特に、レーザ光源と空間光変調器とを搭載し、ホログラフィの原理を用いた配光の制御に有効な技術に関する。

車載用ヘッドランプの光源には、例えばハロゲンランプやＨＩＤ（High-Intensity Discharge）ランプなどが広く用いられていた。一方、これらの光源に比べて寿命が長く、点消灯起動が早いという利点から、近年、半導体光源を導入する動きが高まっている。

中でもレーザ光は指向性が高く、輝度の高いスポットビームを形成し易いため、視認性向上の観点から、車載用ヘッドランプの光源としてレーザ光源が活用され始めている。例えば特許文献１には、「本実施形態の車両用灯具１００は、自動車や自動二輪車等の車両のヘッドランプ又はフォグランプに適用されるものであり、発光部１０、レーザー光学系２０、投影レンズ３０等を備えている」との記載がある。

また、視認性を向上する際は、他車へのグレア回避を配慮する必要がある。その一例としては、常にハイビーム照射を基本として運転者の視界を明るく照らしつつ、前方車や対向車へのグレアを回避するために適応的に配光状態を制御するＡｄａｐｔｉｖｅ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｂｅａｍ（ＡＤＢ）が提案されており、実用化され始めている。

特に、レーザ光源を用いた車載用ヘッドランプは、高輝度化に伴い、対向車や先行車へのグレアがますます懸念されるために、適応的に配光状態を制御することは重要である。

例えば特許文献２には、レーザ光源を用いた車載用ヘッドランプの配光パターンを制御する技術として、「光源の点灯強度及び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、光源の点灯強度及び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」との記載がある。

特開２０１１−１９８５６０号公報 特開２０１１−２２２２３８号公報

車載用前照灯は、安全を確保するために法令にて装備が義務づけられている保安部品であり、長期間に高い信頼性が求められる。上述した特許文献２は、メカ機構を用いて、ミラー部材の傾倒を変化させることによって配光パターンを変更しているが、メカ機構による動作を長期間重ねると、機構部品の磨耗や消耗が少なからず発生する恐れがある。そのため、それに伴う動作不具合が懸念されるという問題がある。

高い信頼性が求められる車載用前照灯においては、できる限りメカ機構を用いた可動部を設けずに、ソリッドステートの部品によって配光パターンを変更できることが望ましい。

本発明の目的は、メカニカルな構成を用いることなく、配光のパターンを変化させることにより、車載用前照灯の信頼性を向上させることのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、代表的な車載用前照灯は、レーザ光源、空間光変調器、制御部、および投射レンズを有する。レーザ光源は、レーザ光を出射する。空間光変調器は、レーザ光源が出射するレーザ光の位相分布を変調する。制御部は、空間光変調器を制御する。投射レンズは、空間光変調器の出射光を投射する。

そして、制御部は、レーザ光の位相分布を変調させるように空間光変調器を制御して投射レンズから投射される配光のパターンを変化させる。

また、車載用前照灯は、空間光変調器と投射レンズとの間に設けられ、レーザ光が照射されることによって蛍光を発する蛍光体を有する。投射レンズは、蛍光体が発した蛍光とレーザ光とが混ざり合って生成される光を投射する。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

前照灯の信頼性を向上させることができる。

実施の形態１による前照灯における光学系の一例を示す概略説明図である。 図１の前照灯が有する空間光変調器の各画素毎に位相を付加した例を示す説明図である。 図２の空間光変調器によって光の位相が変調されている例を示す説明図である。 反射型の空間光変調器を用いた前照灯部における構成の一例を示す説明図である。 図１の前照灯が有する蛍光体上の照射パターンおよび配光パターンの一例を示す説明図である。 図５の他の例を示す説明図である。 図１の前照灯が有する前照灯制御部における構成の一例を示す説明図である。 図１の前照灯が有する前照灯部における他の構成例を示す説明図である。 実施の形態２における前照灯が照射する配光パターンの一例を示す説明図である。 図９の配光パターンの他の例を示す説明図である。 実施の形態３による前照灯が有する蛍光体上の照射パターンおよび配光パターンの一例を示す説明図である。 図１１の配光パターンの具体例を示した説明図である。 図１２の配光パターンの他の例を示した説明図である。 実施の形態４による前照灯が有する蛍光体上の照射パターンおよび配光パターンの一例を示す説明図である。 実施の形態５による前照灯が有する蛍光体の概略説明図である。

実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

（実施の形態１）
以下、実施の形態を詳細に説明する。

〈車載用前照灯の構成例〉
図１は、本実施の形態１による前照灯における光学系の一例を示す概略説明図である。図２は、図１の前照灯が有する空間光変調器の各画素毎に位相を付加した例を示す説明図である。図３は、図２の空間光変調器によって光の位相が変調されている例を示す説明図である。

前照灯は、自動車などに搭載される車載用前照灯であり、図１に示すように、前照灯部３５および前照灯制御部３６を有する。前照灯部３５は、レーザ光源１、レンズ２、空間光変調器３、蛍光体４、および投射レンズ５を有する。

前照灯制御部３６は、前照灯部３５の照射パターンを制御することによって様々な配光パターンを生成させる。なお、前照灯制御部３６の構成については、図７にて後述する。

図１において、例えばレーザ光源１は、青色のレーザ光を照射するレーザ光源であり、レーザ光源１を出射したレーザ光１０は、レンズ２を介して、空間光変調器３に入射する。

空間光変調器３は、例えば図２に示すように、２次元配列された複数の画素を有し、入射したレーザ光１０の位相を画素毎に変調する位相変調型の空間光変調器である。画素毎に位相が付加され、例えば（ｉ，ｊ）の画素には、図２に示すように、Δφi,jの位相が付加される。

図３（ａ）は、各画素に位相を付加する前の状態を表しており、入射光の波面が平坦であれば、出射光の波面２５は平坦のままとなる。一方、図３（ｂ）に示すように、各画素に対して所定の位相を付加することで、レーザ光１０の波面２５を所望の形状に変換することが可能となる。

光ビームは、波面に垂直な方向に伝搬するために、波面形状を制御することにより、光の伝搬特性を制御することができる。その結果、所定の距離離れた場所における光ビームの照射パターンを所望の形状に制御することが可能となる。

なお、各画素が付加する位相量は、例えば各画素に対する電圧の制御などによって調整する。空間光変調器３としては、例えば液晶を１辺あたり数百から数千程度の２次元画素として配置して、画素毎に電圧が制御され、その電圧に応じて液晶分子の配向を変えることで位相を変調する液晶型の空間光変調器を用いる。

なお、前照灯部３５の光学系は、反射型の空間光変調器３を用いた構成としてもよい。

図４は、反射型の空間光変調器を用いた前照灯部における構成の一例を示す説明図である。

この場合、反射型の空間光変調器３としては、図４に示すように、例えばSilicon Light Machines社のPlanar Light Valveのように、シリコン基板上に微細な構造体を１辺あたり、数百から数千程度の規模で２次元画素として配置し、各画素に対応した構造体が表面に対して垂直に動くことにより所定画素の位相を変調する空間光変調器を用いる。あるいは、シリコン基板上に液晶を配置するＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）と呼ばれる空間光変調器を用いる。

このように、空間光変調器３は、メカ機構を設けずに位相変調可能なソリッドステートの変調器である。これにより、機構部品の磨耗や消耗などの発生がなく、それに伴う前照灯の動作不具合などの発生を低減することができる。

図１において、レーザ光１０は、空間光変調器３の位相変調によって回折光６ａと０次光７ａに分離する。ここで、０次光とは、透過型の空間光変調器の場合は位相変調を受けず、そのまま透過する光である。また、反射型の空間光変調器の場合は、位相変調を受けず、そのまま反射する光のことである。なお、空間光変調器３に入射するレーザ光１０は、平行光に限定されず、収束光や発散光であってもよい。

回折光６ａと０次光７ａとに分離した青色のレーザ光は、蛍光体４を所定の照射パターンにて照射して、この照射箇所が励起され、例えば励起された箇所からは黄色のスペクトルを有する蛍光が発生する。

一部の回折光６ａならびに一部の０次光７ａは、蛍光体４を通過して、これらのレーザ光と蛍光体４とから発生する蛍光が混ざり合うことで白色光となり、該白色光が前照灯として利用され、投射レンズ５を介して前照灯の前方に投射される。

ここでは、便宜上、回折光６ａによって生じる白色光を白色光６ｂ、０次光７ａによって生じる白色光を白色光７ｂと記載する。

蛍光体４の励起箇所が白色光の生成する源となるため、蛍光体４を励起する回折光６ａと０次光７ａが蛍光体４上に照射した照射パターンを白色光の光源形状と仮想的にみなすことができる。

図１では、蛍光体４を例えば投射レンズ５の略バックフォーカス位置に配置しているため、蛍光体４に照射された回折光６ａと０次光７ａの照射パターンが仮想的に白色光源の形状に相当し、この形状が投射レンズ５を介して前照灯の前方に投影される。

つまり、蛍光体４に照射される回折光６ａと０次光７ａとの照射パターンを変更することによって、前照灯の前方に投影される配光パターンを変更することができる。

なお、蛍光体４を投射レンズ５の略バックフォーカス位置に配置すると記載したが、投射レンズ５が単レンズの場合、像面湾曲が大きく発生することがある。蛍光体４上に照射した照射パターンを投射レンズ５を介して前照灯の前方に鮮明に投影するためには、蛍光体４を平面の形状ではなく、像面湾曲に倣った湾曲の形状にすることが望ましい。

そこで、例えば蛍光体４を平面ではなく湾曲形状にして、該湾曲形状の上に回折光６ａと０次光７ａとを照射する構成としてもよい。

また、図１において、前照灯部３５の光学系構成は、全て透過型の光学部品を用いた構成としているが、透過型の光学系構成に限定されるものではなく、例えば空間光変調器３として反射型の変調器を用いた反射型の光学系構成としてもよい。あるいは蛍光体４も反射板と組み合わせて、反射型の光学系構成としてもよい。

〈配光パターン例〉
図５は、図１の前照灯が有する蛍光体上の照射パターンおよび配光パターンの一例を示す説明図である。

図５（ａ）は、蛍光体４に照射される回折光６ａおよび０次光７ａの照射パターンを示したものであり、図５（ｂ）は、投射レンズ５を介して前照灯の前方に投影される白色光６ｂおよび白色光７ｂの配光パターンを示したものである。

なお、図５（ａ）は、回折光６ａと０次光７ａとの照射パターンを楕円形状に示しているが、この照射パターンは、楕円形状に限定されず、前照灯の配光パターンに合わせて他の形状としてもよい。その際は、０次光７ａが所望の形状となるように、空間光変調器３に入射するレーザ光１０の形状を事前に整形するための光学部品を別途、搭載してもよい。

例えば図５（ａ）に示すように、蛍光体４において回折光６ａを０次光７ａに対して鉛直方向下側に照射すると、蛍光体４上における照射パターンは、投射レンズ５の光軸との交点５０に対して像が反転して投影される。

前照灯の前方には、図５（ｂ）に示すように、回折光６ａによって生じる白色光６ｂが０次光７ａによって生じる白色光７ｂよりも鉛直方向の上側、つまり遠方を照射することになる。

図６は、図５の他の例を示す説明図である。図６（ａ）は、図５（ａ）の他の照射パターン例を示したものであり、図６（ｂ）は、図５（ｂ）の前照灯の前方に投影される白色光６ｂおよび白色光７ｂの他の配光パターン例を示したものである。

蛍光体４上における照射パターンは、空間光変調器３による位相変調を調整することによって、例えば図６（ａ）に示すように、回折光６ａを分割した照射パターンに変更することができる。

蛍光体４上における照射パターンを、図５（ａ）から例えば図６（ａ）に変更することにより、図６（ｂ）に示すように、前照灯の前方において先行車両２０へのグレアを回避した配光パターンを実現することができる。

前述したとおり、空間光変調器３は、２次元配列された複数の画素を有し、入射したレーザ光の位相を画素毎に変調することができる。つまり、各画素に適切な位相差を付加することで、空間光変調器３は、所望の０次光と回折光を生成する位相ホログラムの役割を果たす。

よって、ホログラフィの原理を用いることにより、蛍光体４に照射する回折光６ａおよび０次光７ａの照射量や照射パターンを変更することが可能となる。

空間光変調器３がレーザ光に付加する位相分布は、蛍光体４上において回折光６ａと０次光７ａが所望の照射パターンおよび照射量となるように、例えばＣＧＨ（Computer-generated Hologram）の分野で用いられている反復フーリエ変換法などによって、空間光変調器３が付加すべき位相分布を事前に算出する。

そして、算出した位相分布に基づいて、空間光変調器３に入射するレーザ光の位相を画素毎に変調する。この際、空間光変調器３に入射するレーザ光の初期的な位相分布を考慮して、算出された位相分布から前述の初期的な位相分布を差し引いた分布を空間光変調器３がレーザ光に付加するようにしてもよい。

照射パターンを変更するタイミングは、例えば運転者のスイッチ操作などと連携して変更してもよいし、あるいは車内に設置した車載カメラなどによって撮影した周囲の状況に応じて適応的に変更するようにしてもよい。

図７は、図１の前照灯が有する前照灯制御部における構成の一例を示す説明図である。

前照灯制御部３６は、上述した車載カメラなど連携して前照灯部３５の配光を制御する。前照灯制御部３６は、撮影部６０、画像処理部６１、認識部６２、配光パターン算出部６３、付加位相算出部６４、空間光変調器制御部６５、レーザ駆動制御部６６、およびコントローラ６７を有する。

コントローラ６７は、撮影部６０、画像処理部６１、認識部６２、配光パターン算出部６３、付加位相算出部６４、空間光変調器制御部６５、およびレーザ駆動制御部６６の動作をそれぞれ制御する。

レーザ駆動制御部６６は、コントローラ６７の制御に基づいて、図１の前照灯部３５が有するレーザ光源１を駆動させるとともに該レーザ光源１から出射されるレーザ光の強度を制御する。

車内に設置された撮影部６０、すなわち車載カメラにて撮影された情報は、画像処理部６１によって適切に画像処理が施されて、認識部６２に送られる。認識部６２は、例えば前方車、対向車、歩行者、道路標識や信号などを認識する。

配光パターン算出部６３は、それらの認識情報に基づいて、例えばグレアを回避する配光パターンなどを算出する。また、配光パターンは、グレア回避に限定されず、例えば認識部６２によって認識された歩行者や道路標識などを積極的に照射する配光パターンを算出してもよい。

配光パターン算出部６３は、周囲の状況に応じて適切な配光パターンを算出する。付加位相算出部６４は、配光パターン算出部６３が算出した情報に基づいて、空間光変調器３が付加する位相分布を前述した反復フーリエ変換法などを用いて算出する。

その後、制御部となる空間光変調器制御部６５は、付加位相算出部６４によって算出された位相分布に応じて、図１の前照灯部３５の空間光変調器３を制御して前方に白色光を照射させる。

ここで、前照灯部３５の光学系構成は、図１に限らず、他の構成であってもよい。

〈前照灯の他の構成例〉
図８は、図１の前照灯部３５における他の構成例を示す説明図である。

この図８に示す前照灯部３５は、光ファイバ１３を通じて、光源部１５と投射部１６とを分離した構成としている。光源部１５は、レーザ光源１およびレンズ１１，１２を有しており、投射部１６は、レンズ２、空間光変調器３、蛍光体４、および投射レンズ５を有する。

レンズ１１，１２は、レーザ光源１から照射されるレーザ光を集光するレンズである。レンズ１１，１２によって集光されたレーザ光は、光ファイバ１３を通じてレンズ２に照射される。

レンズ２以降の構成については、図１と同様であるので説明は省略する。なお、図８では、２枚のレンズ１１，１２を有する構成を示しているが、このレンズ枚数については、特に制限はなく、レーザ光を集光するレンズであれば、１枚でも３枚以上でもよい。

図８に示しように、光ファイバ１３を通じて光源部１５と投射部１６と分離する構成とすることによって、光源部１５の設置の自由度を高くすることができる。例えば、光源部１５を温度条件が過酷なエンジンルームに近い位置ではなく、エンジンルームに比べて温度環境がより寛容な車内に設置することができる。これにより、前照灯の信頼性を向上させることができる。

以上により、メカ機構を設けることなく、配光パターンを任意に制御することのできる前照灯を実現することができる。それにより、前照灯の信頼性を向上させることができる。

（実施の形態２）
〈０次光のロービームエリアの設定例〉
本実施の形態２では、０次光をロービームエリアに設定する技術について説明する。

図９は、本実施の形態２における前照灯が照射する配光パターンの一例を示す説明図である。図１０は、図９の配光パターンの他の例を示す説明図である。

本実施の形態２による配光パターンは、図９に示すように、０次光７ａによって生じる白色光７ｂの照射領域をすれ違い前照灯（以降、便宜上、ロービームと呼ぶ）が照射する領域２１内に留めることを特徴としている。なお、前照灯の光学系概略図は、図１に示したものと同様であるので説明は省略する。

つまり、０次光７ａによって生じる白色光７ｂをロービームとして用いる。白色光７ｂの照射領域を領域２１内に留めるためは、例えば図１の空間光変調器３に入射するレーザ光の入射形状が所望の形状となるような開口絞りを、光路中に配置すればよい。

ロービームの配光は、前方車や対向車に対するグレア回避を配慮した配光のため、夜間においては、ロービームを常に点灯していてもグレアの問題は生じない。一方、仮に図１０（ａ）に示すように、０次光によって生じる白色光７ｂの配光がロービーム照射の領域２１を超えて、走行用前照灯（以降、便宜上、ハイビームと呼ぶ）の照射する領域内を照射可能な構成とした場合、前方車または対向車のグレア回避を行う必要が生じた時は、０次光を限りなく小さくするように空間光変調器３による位相変調を設定する必要がある。言い換えれば、空間光変調器３に入射するレーザ光の回折効率をほぼ１００％にする必要がある。

しかしながら一般的に、空間光変調器の画素ギャップや位相変調の階調数に伴う量子化誤差などの影響によって、所望の位相分布を忠実にレーザ光に付加できないことがある。所望の位相分布を付加できないと、回折効率が低下してしまい、０次光の強度が想定した値よりも大きくなる場合がある。

そのため、０次光を限りなく小さくするように空間光変調器３によって位相変調を行ったとしても、例えば図１０（ｂ）に示すように、不要な０次光の強度が無視できなくなる場合が生じて、０次光によって生じる白色光７ｂが対向車３０や前方車を照射してしまい、グレアとなる恐れが生じる。

そこで、万が一、０次光の強度が想定した値よりも大きくなってしまった場合でも、グレアの問題を回避することができるように、０次光７ａによって生じる白色光７ｂが照射される照射領域をロービーム照射領域内に留める構成としている。

このような構成とすることにより、ハイビーム照射領域内に到達する光は、回折光６ａによって生じる白色光６ｂのみになる。そのため、前方車や対向車へのグレアを回避する際は、回折光６ａが発生しないように回折効率をほぼゼロとすればよく、これは空間光変調器３による位相変調を行わないことにより可能である。

このような構成とすれば、万が一、空間光変調器３の故障によって、位相変調ができなくなくなった場合においても、０次光７ａによって生じる白色光７ｂがロービーム照射領域を照射しているため、機能安全の観点でも有効となる。

なお、図６においては、白色光７ｂの照射領域がロービーム照射の領域２１の領域よりも小さくなっているが、これに限定されず、領域２１内を全て埋める形で照射しても構わない。

さらに、ロービームが照射する領域内の光度は、例えば欧州の法規（ＥＣＥ１１２）の６．２．４項などに記載された各測定点に対応した光度を満足するような配光であればよい。

以上により、前照灯の信頼性をより向上させることができる。

（実施の形態３）
〈照射角度の制御例〉
本実施の形態３においては、前照灯における照射角度の制御技術について説明する。

図１１は、本実施の形態３３による前照灯が有する蛍光体上の照射パターンおよび配光パターンの一例を示す説明図である。

なお、前照灯の光学系概略図は、図１に示したものと同様であり、異なる点は、図１の蛍光体４に照射される回折光６ａおよび０次光７ａの照射パターンである。

図１１（ａ）は、図１の蛍光体４に照射される回折光６ａおよび０次光７ａの照射パターンを示したものであり、図１１（ｂ）は、図１の投射レンズ５を介して前照灯の前方に投影される白色光６ｂおよび白色光７ｂの配光パターンを示したものである。

この場合、蛍光体４において回折光６ａを０次光７ａに対して水平方向脇に照射する。すなわち、図１１（ａ）に示すように、０次光７ａの右側に回折光６ａを照射する。

前述したように、蛍光体４上における照射パターンは投射レンズ５の光軸との交点５０に対して像が反転して投影される。よって、前照灯の前方においては、図１１（ｂ）に示すように、回折光６ａによって生じる白色光６ｂを、０次光７ａによって生じる白色光７ｂよりも水平方向外側、つまり照射角度範囲を拡大して照射することが可能となる。

これによって、水平方向の広範囲において光量が増加し、運転者の水平方向視認性を向上することができる。

照射角度範囲を拡大するタイミングは、例えば運転者の所定の操作と連携してもよいし、あるいは車内に設置した車載カメラ、すなわち図７の撮影部６０が捉えた周囲の状況に応じて自動的に行ってもよい。

図１２は、図１１の配光パターンの具体例を示した説明図である。

図１２（ａ）は、車両が交差点に差し掛かる前の照射状態を示したものであり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に続いて、車両が交差点に差し掛かる際に水平方向の照射範囲を拡大した状態を示したものである。

図１２（ａ）では、０次光７ａによって生じる白色光７ｂを照射している。ここで、車内に設置した車載カメラによって交差点を認識して車両が交差点に差し掛かる際は、回折光６ａによって生じる白色光６ｂを照射して、図１２（ｂ）に示すように水平方向の照射範囲を拡大する。

これにより、交差点内を走行する際の視認性を向上させることができ、歩行者などを認識しやすくすることができる。

なお、照射範囲を拡大するタイミングは、ハンドルの操舵角と連携して、ハンドルの切れ角が所定の角度以上の場合に拡大するようにしてもよい。

図１３は、図１２の配光パターンの他の例を示した説明図である。

図１３（ａ）は、側道に歩行者８０がおり、車両が該歩行者に近づく方向に走っている状態における配光パターンの例を示している。図１３（ｂ）は、側道の歩行者を認識した際における配光パターンの例を示している。

図１３（ａ）に示すように車両が走行している場合において、車内に設置した車載カメラによって歩行者８０を認識した際は、回折光６ａによって生じる白色光６ｂを照射して、図１３（ｂ）に示すように、水平方向の照射範囲を拡大する。これによって、側道の歩行者の視認性を向上させることができる。

なお、図１１では、回折光６ａによって生じる白色光６ｂを道路脇に照射する例について示したが、照射パターンは、これに限定されるものではない。例えば歩行者や道路標識などを積極的に照射するため、対応する蛍光体４上の位置に回折光６ａが照射するように、空間光変調器３が付加する位相分布を変化させることも可能である。

以上により、前照灯の信頼性を向上させながら、安全性を高めることができる。

（実施の形態４）
〈レーザ強度と回折効率の設定〉
本実施の形態４においては、レーザ光源１から出射するレーザ光の出射強度を投射レンズ５から投射される配光のパターンに応じて変更するものである。なお、前照灯については、前記実施の形態１の図１と同様であるので説明は省略する。

図１４は、本実施の形態４による前照灯が有する蛍光体上の照射パターンおよび配光パターンの一例を示す説明図である。

この場合、例えば図１４（ａ）に示すように、蛍光体４において１つの０次光７ａと該０次光７ａの下方に５つの回折光６ａのビームスポットを照射する。これによって、図１４（ｂ）に示すように、これらのビームスポットによって生じる白色光６ｂと白色光７ｂが前照灯の前方に投射される。

なお、蛍光体４に照射される照射パターンは、図１４（ａ）に限定されず、必要に応じてビームスポットの形状や数を変更してもよい。

ここで、図１４（ｂ）に示した符号６ｂと符号７ｂに隣接する括弧内の数値は、白色光６ｂと白色光７ｂとのそれぞれの光量に対応する値を示している。つまり、前照灯の前方に投射される全光量は、括弧内の数値を合計した１００という量が投射されていることになる。

続いて、図１４（ｂ）に示す状態から例えば対向車３０が現れて、該対向車３０へのグレア回避をする必要が生じたとする。この場合、前照灯制御部３６は、空間光変調器３による位相変調を変化させて、蛍光体４において例えば図１４（ｃ）に示すように、回折光６ａのビームスポットを１つ減らして、４つの回折光６ａのビームスポットを照射する。

この時、グレア回避のために消灯した領域以外の点灯領域の明るさが変化すると、運転者にとっては違和感を生じるため、点灯領域の明るさは、ほぼ同じ明るさを保っていることが望ましい。

よって、図１４（ｄ）に示すように、白色光６ｂと白色光７ｂとのそれぞれの光量は、図１４（ｃ）に示した各々の領域の光量と同じ程度に設定することが望ましい。つまり、図１４（ｄ）において、前照灯の前方に投射される全光量は、括弧内の数値を合計した９０という量が投射されていることになる。

よって、グレア回避のために一部の領域を消灯すると、前照灯の前方に投射する全光量は１００から９０と減少させることができる。言い換えれば、レーザ光源１から出射するレーザ光の出射強度を減少させることができる。

レーザ駆動制御部６６は、前照灯の前方に投射する配光パターンを部分的に消灯する際に、レーザ光源１から出射するレーザ光の出射強度を減少させる。

また、回折効率に着目してみると、図１４（ｂ）に示した配光パターンにおいて、回折光６ａによって生じる白色光６ｂの全光量は、括弧内の数値を合計した５０という量が投射されている。

一方、前照灯の前方に投射される総光量は、前述の通り、１００という量が投射されているので、迷光や光束のケラレを無視すると、回折効率は概ね５０％と見積もることができる。

同様に、図１４（ｂ）に示した配光パターンにおいて回折効率を概算すると、回折光６ａによって生じる白色光６ｂの全光量４０に対する総光量９０の関係から、４４％と見積もられる。

つまり、前照灯の前方に投射する配光パターンを部分的に消灯する場合、前述したようにレーザ光源１から出射するレーザ光の出射強度を減少させることができると共に、回折効率も減少させることができる。

回折角を保ちながら回折効率を減少させる技術としては、例えば回折格子の場合、格子ピッチを保ちながら格子溝の深さ、言い換えれば位相深さを変えることにより実現することができる。

このことを考慮すると、例えば回折効率が最大かつ回折光６ａの照射パターンを実現するために、前照灯制御部３６は、空間光変調器３がレーザ光に必要な位相分布を例えば反復フーリエ変換法などで先ず算出する。

そして、その位相分布に一様な補正係数αを掛けて位相深さを変えた分布を空間光変調器３がレーザ光に付加することによって実現することができる。補正係数αは、回折効率の低減量に応じて適切に設定すればよく、例えば１よりも小さい値とすることにより、回折効率を低減することができる。

なお、図１４において記載した括弧内の各々の数値は、説明の便宜上、設定した数値であり、各々の数値は本数値に限定されるものではない。

以上によっても、前照灯の信頼性を向上させながら、安全性を高めることができる。

（実施の形態５）
〈赤外光の生成〉
本実施の形態５においては、赤外線光を生成する前照灯について説明する。

レーザなどの半導体光源は、ハロゲンランプなどに比べて寿命が長く、点消灯起動が早いという利点がある。一方、ハロゲンランプなどには、含まれる赤外光領域のスペクトル成分がほぼ存在しないといった特徴がある。

赤外光は、夜間の視認性を高めるナイトビジョン用途の光源として重要な役割を果たすため、白色光生成用のレーザ光源１を搭載し、かつ例えばナイトビジョン用途で赤外光も必要とする場合は、別光源として赤外光源も別途搭載する必要が生じる。光源の数が増加すると、装置の大型化やコストの増加に影響を与えるため、できる限り光源の数は少ない方が望ましい。

以下、前照灯による赤外光の生成について説明する。

図１５は、本実施の形態５による前照灯が有する蛍光体の概略説明図である。

なお、前照灯の構成については、前記実施の形態１の図１とほぼ同様であるが、図１と異なる点は、蛍光体４の構成である。

この場合、蛍光体４は、図１５に示すように、前述した青色レーザの励起によって黄色のスペクトルを蛍光として発する蛍光体４であり、赤外光の蛍光を発する蛍光材料７０がドーピングされている。蛍光体４は、第１の蛍光材料であり、蛍光材料７０は、第２の蛍光材料である。

なお、蛍光材料としては、１つの高エネルギ光子を吸収して、より低エネルギの２つの光子を放出する例えば量子切断蛍光体のような材料を用いることにより、青色レーザの波長帯域から近赤外光の帯域の蛍光７１を生成することが可能となる。

このような蛍光体４の構成とすることによって、単一の励起用光源と蛍光体４を用いつつ、黄色と近赤外光の蛍光を発生することが可能となる。

以上により、単純な構成でありながら、車載用前照灯として利用可能な白色光と近赤外光を生成することが可能となる。

また、蛍光体４にて発生する黄色のスペクトルを有する蛍光の発散角と、蛍光体４を通過した青色レーザの発散角が異なる場合には、一部、混ざり合わずに白色光化しない領域が発生する恐れがある。そこで、例えば蛍光体４の直後に波長選択性の光学部品を配置し、青色レーザの発散角を広げて、蛍光の発散角に近づけるような構成としてもよい。

以上により、前照灯の信頼性を向上させながら、夜間の安全性を高めることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１ レーザ光源
２ レンズ
３ 空間光変調器
４ 蛍光体
５ 投射レンズ
１１ レンズ
１２ レンズ
１３ 光ファイバ
１５ 光源部
１６ 投射部
３５ 前照灯部
３６ 前照灯制御部
６０ 撮影部
６１ 画像処理部
６２ 認識部
６３ 配光パターン算出部
６４ 付加位相算出部
６５ 空間光変調器制御部
６６ レーザ駆動制御部
６７ コントローラ
７０ 蛍光材料
７１ 蛍光

Claims (7)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源が出射する前記レーザ光の位相分布を変調する空間光変調器と、
   前記空間光変調器を制御する制御部と、
   前記レーザ光が照射されることによって蛍光を発する蛍光体と、
   前記レーザ光、前記空間光変調器の出射光及び前記蛍光を入射して投射する投射レンズと、
   を有し、
   前記蛍光体は、湾曲形状を有しており、
   前記制御部は、前記レーザ光の位相分布を変調させるように前記空間光変調器を制御して前記投射レンズから投射される光の配光パターンを変化させ、
   前記蛍光体は、前記空間光変調器と前記投射レンズとの間に設けられ、
   前記投射レンズは、前記蛍光体が発した前記蛍光と前記レーザ光とが混ざり合って生成される光を投射し、
   前記制御部は、前記配光パターンを変化させる際に前記蛍光体に照射する前記レーザ光の照射パターンが変化するように前記空間光変調器を制御して前記レーザ光の位相分布を変調させ、
   前記蛍光体は、前記位相分布の変調によって生じる回折光と前記位相分布の変調を受けずに前記空間光変調器を透過または反射する０次光とが照射され、
   前記制御部は、前記配光パターンを変化させる際に前記蛍光体に照射する前記回折光の照射パターンが変化するように前記空間光変調器を制御して、前記位相分布を変化させ、
   前記投射レンズから投射される光は、第１の光と、第２の光と、を含み、
   前記第１の光は、前記０次光が前記蛍光体に照射されることにより発生する蛍光と、前記０次光と、が混ざり合うことによって生成され、前記０次光に基づく前記第１の光は、すれ違い前照灯に用いられ、
   前記第２の光は、前記回折光が前記蛍光体に照射されることにより発生する蛍光と、前記回折光と、が混ざり合うことによって生成され、前記回析光に基づく前記第２の光は、走行用前照灯に用いられる、
   車載用前照灯。
2. 請求項１記載の車載用前照灯において、
   前記空間光変調器は、アレイ状に配置された複数の画素を有し、入射した前記レーザ光の位相を前記画素毎に変調する透過型であり、
   前記制御部は、前記画素に対して位相を付加することにより、前記レーザ光の波面形状を変換して、前記レーザ光の位相分布を変調する、車載用前照灯。
3. 請求項１記載の車載用前照灯において、
   前記空間光変調器は、アレイ状に配置された複数の画素を有し、前記画素毎に入射した前記レーザ光を反射させて位相を変調する反射型であり、
   前記制御部は、前記画素の動作を制御して前記レーザ光の位相分布を変調する、車載用前照灯。
4. 請求項１記載の車載用前照灯において、
   前記レーザ光源から出射される前記レーザ光の出射強度を制御するレーザ駆動制御部を有し、
   前記レーザ駆動制御部は、前記投射レンズから投射される配光パターンに応じて、前記レーザ光源から出射される前記レーザ光の出射強度を変更する、車載用前照灯。
5. 請求項１記載の車載用前照灯において、
   車外の状況を撮影する撮影部と、
   前記撮影部が撮影した撮影情報を画像処理する画像処理部と、
   前記画像処理部の画像処理結果に基づいて、前記車外の状況を認識する認識部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記認識部が認識した認識結果に基づいて、前記配光パターンを変化させる、車載用前照灯。
6. 請求項１記載の車載用前照灯において、
   前記蛍光体は、少なくとも第１の蛍光材料および第２の蛍光材料を有し、
   前記第１の蛍光材料は、黄色のスペクトルを有する蛍光を発し、
   前記第２の蛍光材料は、近赤外のスペクトルを発する、車載用前照灯。
7. レーザ光源を用いて光を投射する車載用前照灯による光の投射方法であって、
   前記レーザ光源からレーザ光を出射するステップと、
   前記レーザ光の位相分布を空間光変調器によって変調した前記レーザ光を湾曲形状を有する蛍光体に投射して得られた蛍光及び前記レーザ光を投射レンズに入射し、入射した光を前記投射レンズから投射するステップと、
   前記レーザ光の位相分布を前記空間光変調器によって変調させることにより、前記投射レンズが投射する光の配光パターンを変化させるステップと、
   を有し、
   前記光を投射するステップは、前記蛍光と前記レーザ光とを混ぜ合わせて生成した光を前記投射レンズに入射させ、
   前記蛍光は、前記空間光変調器が変調した前記レーザ光を前記蛍光体に照射して発生させ、
   前記配光パターンを変化させるステップは、前記蛍光体に照射する前記レーザ光の照射パターンを変化させて前記投射レンズから投射される配光パターンを変化させ、
   前記蛍光体は、前記位相分布の変調によって生じる回折光と前記位相分布の変調を受けずに前記空間光変調器を透過または反射する０次光とが照射され、
   前記配光パターンを変化させるステップは、前記空間光変調器によって前記位相分布を変化させることにより、前記蛍光体に照射される前記回折光の照射パターンを変化させ、
   前記投射レンズから投射される光は、第１の光と、第２の光と、を含み、
   前記第１の光を、前記０次光を前記蛍光体に照射することにより発生する蛍光と、前記０次光と、を混ぜ合わせて生成し、生成した光をすれ違い前照灯として用い、
   前記第２の光を、前記回折光を前記蛍光体に照射して発生させる蛍光と、前記回折光と、を混ぜ合わせて生成し、生成した光を走行用前照灯として用いる、
   光の投射方法。

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