JP7002255B2 - 車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用灯具に関する。
特許文献１には、自車両の前方に対して選択的な光照射を行うため、液晶素子を備えた車両用前照灯ユニットが開示されている。
特開２０１６－１１５４１２号公報
液晶シャッターのような画像光形成装置を有する灯具は、平行光を前記画像光形成装置に照射し配光パターンを形成する。しかしながら、車両用灯具に適する水平方向に幅広な配光パターンを形成する場合、入射前の平行光を幅広にする必要があり、灯具構造が複雑化するという問題がある。
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、車両用として好ましい配光パターンを形成できる車両用灯具の提供を目的とする。
本発明の一態様の車両用灯具は、車両の前方を照射する車両用灯具であって、平行光を照射する平行光照射装置と、平行光照射装置から照射された平行光を前方に投影する投影光学系と、を備え、前記投影光学系は、水平成分の焦点距離が、鉛直成分の焦点距離より短い。
この構成によれば、投影光学系は、水平成分と鉛直成分との焦点距離が互いに異なり、水平成分の焦点距離が鉛直成分の焦点距離より短い。投影光学系が集光光学系（例えば凸レンズ）である場合、投影光学系から出射される光の水平成分の焦点への集光角度は、鉛直成分の焦点への集光角度より大きくなる。これに伴い、水平成分の焦点から拡散する光の拡散角度は、鉛直成分の焦点から拡散する光の拡散角度より大きくなる。また、他の例として、投影光学系が拡散光学系（例えば凹レンズ）である場合、投影光学系から出射する光の水平成分の拡散角度は、鉛直成分の拡散角度より大きくなる。したがって投影光学系が、集光光学系であっても拡散光学系であっても、投影光学系により形成される投影配光パターンは、鉛直成分に対して水平方向が幅広となる。すなわち、車両用灯具は、車両用として好ましい投影配光パターンを形成できる。なお、投影光学系は、平行光の光強度面分布を角度に変換し投影する。
上述の車両用灯具において、前記平行光照射装置と前記投影光学系との間に位置し、平行光照射装置から照射された平行光を変調して画像光を形成する画像光形成装置を備える構成としてもよい。
この構成によれば、平行光の経路中に画像光形成装置を設けることで、前方に照射する配光パターンを経時的に変化させることができる。すなわちこの構成によれば、車両用灯具は、ＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）制御を行うことができる。また、画像光平成装置に入射させる光を、平行光とすることで画像光のコントラストを高めることができる。
上述の車両用灯具において、前記平行光照射装置は、前記光源本体を有し拡散中心から放射状に光を照射する光源ユニットと、前記光源ユニットの拡散中心から放射状に照射された光を平行光とするコリメータ光学系と、を有する構成としてもよい。
この構成によれば、光源ユニットと、光源ユニットの拡散中心から放射状に照射された光を平行光とするコリメータ光学系と、を有することによって、平行光を照射する平行光照射装置を構成できる。
上述の車両用灯具において、前記コリメータ光学系は、前記光源ユニットから照射された光を入射させ前記コリメータ光学系の内部を通過する一次光とする入射面と、前記コリメータ光学系の光軸と平行な二次光を出射する出射面と、を有し、前記一次光の水平成分の拡散角度が、前記一次光の鉛直方向の成分の拡散角度より大きい構成としてもよい。
この構成によれば、コリメータ光学系は、入射面において入射した光を屈折させ、水平方向の拡散角度を、鉛直方向の拡散角度に対して大きくする。これにより、出射面から平行光として出射される平行光の配光パターンを水平方向に幅広にすることが可能となる。水平方向に幅広の配光パターンを形成する平行光は、投影光学系によってさらに水平航行に幅広とされるため、投影配光パターンを水平方向に幅広にするという効果を高めることができる。
上述の車両用灯具において、前記入射面の鉛直成分は、双曲線焦点を前記拡散中心に一致させる双曲線形状を有する構成としてもよい。
この構成によれば、入射面の鉛直成分が拡散中心を双曲線焦点とする双曲線形状であるため、一次光の鉛直成分を平行光とすることができる。コリメータ光学系は、光の鉛直成分を入射面において平行光とすることで、配光パターンの鉛直方向の広がりを抑制できる。
上述の車両用灯具において、前記入射面の水平成分は、前記コリメータ光学系の光軸の近傍において双曲線焦点を前記拡散中心に一致させる双曲線形状を有し、前記コリメータ光学系の光軸から水平方向外側に離れるに従い双曲線形状から後方に離れる形状を有する構成としてもよい。
この構成によれば、コリメータ光学系の光軸の近傍において、入射面の水平成分が拡散中心を双曲線焦点とする双曲線形状であるため、コリメータ光学系の光軸の近傍において一次光の水平成分を平行光に近づけることができる。これにより、コリメータ光学系の光軸の近傍において、出射面から出射される光束の密度を高めることができ、水平方向の中央近傍を明るくした配光パターンを実現できる。また、上記の構成によれば、コリメータ光学系の光軸から水平方向外側に離れるに従い、入射面の水平成分が双曲線形状から後方に離間する。これにより、一次光の水平成分は、コリメータ光学系の光軸から水平方向外側に離れることで拡散角度を拡げることができる。コリメータ光学系は、光の水平成分の外側の領域を拡散させることで、配光パターンの水平方向の広がりを大きくして、車両用に適した配光パターンを実現できる。
上述の車両用灯具において、前記光源ユニットは、前記光源本体と、前記光源本体から照射された光を反射して前記コリメータ光学系に向けて照射する楕円反射面と、を有し、前記楕円反射面は、一対の楕円焦点を基準とする楕円形状に構成され、一対の前記楕円焦点のうち、一方には前記光源本体が配置され、他方が前記拡散中心として機能する構成としてもよい。
この構成によれば、楕円反射面の一方の楕円焦点に配置された光源本体から照射されたランバーシアンな発光光線を他方の楕円焦点に集光させて光源本体から照射された光よりもより狭角でコリメータ光学系に入射させることができる。これにより、コリメータ光学系に効率的に光を入射させることができるとともに、コリメータ光学系の光軸近傍に高照度領域を形成させるように、光軸近傍の光強度を増大させることができる。
本発明によれば、車両用として好ましい配光パターンを形成できる車両用灯具を提供できる。
図１Ａは、一実施形態の車両用灯具の概略模式図であって、車両用灯具を水平方向から見た模式図である。 図１Ｂは、一実施形態の車両用灯具の概略模式図であって、車両用灯具を鉛直方向から見た模式図である。 図２Ａは、一実施形態の車両用灯具において、平行光照射装置を水平方向から見た側面図である。 図２Ｂは、一実施形態の車両用灯具において、平行光照射装置を鉛直方向から見た平面図である。 図３Ａは、一実施形態の車両用灯具において、集光光学系を水平方向から見た側面図である。 図３Ｂは、一実施形態の車両用灯具において、集光光学系を鉛直方向から見た平面図である。 図４Ａは、変形例の車両用灯具の概略模式図であって、車両用灯具を水平方向から見た模式図である。 図４Ｂは、変形例の車両用灯具の概略模式図であって、車両用灯具を鉛直方向から見た模式図である。 図５は、一実施形態の配光パターンのシミュレーション結果の一例を示す図である。 図６は、一実施形態の配光パターンのシミュレーション結果の一例を示す図である。
以下、本発明の一実施態様に係る車両用灯具について図面を参照しながら説明する。
以下の説明で用いる図面は、特徴を分かり易くするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
本実施形態で説明に用いる図面では、３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を用いる場合がある。以下、ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向を車両前後方向、Ｘ軸方向を車両左右方向、Ｙ軸方向を車両上下方向、＋Ｚ側を車両前方側、－Ｚ側を車両後方側、＋Ｙ側を単に上方側、－Ｙ側を下方側とする。
図１Ａおよび図１Ｂは、本実施形態の車両用灯具１の概略模式図である。図１Ａは、車両用灯具１を水平方向から見た模式図であり、図１Ｂは、車両用灯具１を鉛直方向から見た模式図である。車両用灯具１は、車両に搭載され車両の前方（＋Ｚ方向）を照射する。
車両用灯具１は、平行光照射装置１０と、集光光学系（投影光学系）３０と、画像光形成装置５０と、を備える。また、車両用灯具１は、集光光学系３０の前方に図示略のアウターレンズを備えていてもよい。車両用灯具１において、平行光照射装置１０から平行光が照射される。平行光は、集光光学系３０により集光され前方に投影される。
＜平行光照射装置＞
図２Ａは、平行光照射装置１０を水平方向から見た側面図である。また、図２Ｂは、平行光照射装置１０を鉛直方向から見た平面図である。平行光照射装置１０は、平行光を照射する。平行光照射装置１０は、拡散中心１１ａから放射状に光を照射する光源ユニット１１と、光源ユニット１１から照射された光を平行光とするコリメータ光学系２０と、を有する。また、光源ユニット１１は、光源本体１２と、反射部材１４を有する。
光源本体１２は、中心軸を上側に向けるランバーシアンな発光光線を照射する。光源本体１２から照射されたランバーシアンな発光光線は、反射部材１４により前方に向けて反射される。光源本体１２としては、発光ダイオード光源（ＬＥＤ、light emitting diode）又はレーザ光源を採用することができる。
反射部材１４は、光源本体１２から照射された光を反射してコリメータ光学系２０に向けて照射する楕円反射面１３を有する。すなわち、光源ユニット１１は、楕円反射面１３を有する。楕円反射面１３は、光源本体１２を上側から覆う。楕円反射面１３は、一対の楕円焦点１３ａ、１３ｂを基準とする楕円形状に構成される。すなわち、楕円反射面１３は、一対の楕円焦点１３ａ、１３ｂを通過する長軸を基準として回転させた楕円球形状を含む。
一対の楕円焦点１３ａ、１３ｂのうち後方に位置する第１の楕円焦点１３ａには、光源本体１２が配置される。楕円の性質により、一方の楕円焦点である第１の楕円焦点１３ａから照射された光は、楕円反射面１３によって反射して他方の楕円焦点である第２の楕円焦点１３ｂに集光する。したがって、光源本体１２から照射された光は、第２の楕円焦点１３ｂに集光され、第２の楕円焦点１３ｂを拡散中心１１ａとしてコリメータ光学系２０に向けて放射状に照射される。第２の楕円焦点１３ｂは、光源ユニット１１の拡散中心１１ａとして機能する。
本実施形態によれば、第１の楕円焦点１３ａに配置された光源ユニット１１は、光源本体１２と光源本体１２から照射された光を反射してコリメータ光学系２０に向けて照射する楕円反射面１３と、を有する。したがって、光源本体１２から照射されたランバーシアンな発光光線を第２の楕円焦点１３ｂにおいて狭い拡散角度（狭角）でコリメータ光学系２０に入射させることができる。これにより、コリメータ光学系２０に効率的に光を入射させることができるとともに、コリメータ光学系２０の光軸ＡＸ２０近傍に高照度領域を形成させるように、光軸ＡＸ２０近傍の光強度を増大させることができる。また、このようなコリメータ光学系２０を採用することで、高照度領域から外側へ行くに従って照度が低下していく照度勾配を持った発光を得ることができる。
コリメータ光学系２０は、コリメートレンズ２０Ａを有する。本実施形態のコリメータ光学系２０は、１つのコリメートレンズ２０Ａから構成される。しかしながら、コリメータ光学系２０は、光軸ＡＸ２０を一致させて光軸ＡＸ２０に沿って並ぶ複数のレンズから構成されていてもよい。
コリメートレンズ２０Ａは、光源ユニット１１の拡散中心１１ａから照射された光を屈折させて平行光とする。コリメートレンズ２０Ａは、光源ユニット１１の前方に位置する。コリメートレンズ２０Ａは、入射面２１と出射面２５とを有する。入射面２１は、光源ユニット１１に対して前方から対向する。入射面２１は、光源ユニット１１から照射された光を入射させコリメートレンズ２０Ａの内部を通過する一次光Ｌ１とする。出射面２５は、集光光学系３０と対向する。出射面２５は、コリメートレンズ２０Ａの内部を進む光（一次光Ｌ１）を屈折させて集光光学系３０に向けて二次光Ｌ２を出射する。二次光Ｌ２は、コリメートレンズ２０Ａの光軸ＡＸ２０と平行な光（すなわち平行光）である。
光源ユニット１１から出射された光は、入射面２１において、コリメートレンズ２０Ａの光軸ＡＸ２０に近づく方向に屈折してコリメートレンズ２０Ａの内部を通過する一次光Ｌ１となる。図２Ｂに示す一次光Ｌ１の水平成分の拡散角度は、図２Ａに示す一次光Ｌ１の鉛直成分の拡散角度より大きい。すなわち、一次光Ｌ１の水平成分と光軸ＡＸ２０とのなす角は、一次光Ｌ１の鉛直成分と光軸ＡＸ２０のなす角より大きい。
より具体的には、本実施形態において、一次光Ｌ１の鉛直成分は、光軸ＡＸ２０と略平行となっている。すなわち、一次光Ｌ１の鉛直成分と光軸ＡＸ２０とのなす角は、略０°となっている。一方で、一次光Ｌ１の水平成分は、前方に向かうに従い光軸ＡＸ２０から離れる方向に光軸ＡＸ２０に対して傾いている。すなわち、一次光Ｌ１の水平成分は、光軸ＡＸ２０に対して拡散する。
なお、本明細書において、光の水平成分とは水平面（Ｘ－Ｚ平面）と平行な面内における光の進行方向を意味し、光の鉛直成分とは鉛直面（Ｙ－Ｚ平面）と平行な面内における光の進行方向を意味する。
本実施形態によれば、コリメータ光学系２０のコリメートレンズ２０Ａは、入射面２１において入射した光を、鉛直方向に対し水平方向の拡散角度を大きくさせるように屈折させる。これにより、出射面２５において平行光として出射される光の配光パターンとして、鉛直方向に対して水平方向を幅広にすることが可能となり、車両用灯具として好ましい配光パターンを形成できる。
コリメートレンズ２０Ａの入射面２１は、水平成分の一部および鉛直成分が双曲線形状を有する。一般的に、双曲線は、それぞれ連続する一対の曲線から構成される。また、これら一対の曲線から構成される双曲線は、一対の焦点を基準として描画される。双曲線の一対の焦点は、それぞれ曲線の内側に配置されている。本明細書における双曲線形状とは、一対の曲線のうち一方の曲線形状を意味する。また、本明細書における双曲線焦点とは、双曲線の基準となる一対の焦点のうち、双曲線形状を構成する曲線に囲まれていない一方の焦点を意味する。双曲線焦点は、入射面２１の後方であってコリメートレンズ２０Ａの光軸ＡＸ２０上に位置する。
図２Ａに示す様に、入射面２１の鉛直成分は、双曲線焦点を光源ユニット１１の拡散中心１１ａに一致させる双曲線形状を有する。コリメートレンズ２０Ａの屈折率に合わせて双曲線形状のパラメータを適切に設定することで、双曲線形状の性質により、双曲線焦点から照射された光は、双曲線形状の入射面２１において屈折して平行光となる。したがって、本実施形態において、入射面２１で屈折された一次光Ｌ１の鉛直成分は、光軸ＡＸ２０と平行とすることができる。これにより、コリメートレンズ２０Ａは、前方に照射される配光パターンの鉛直方向の広がりを抑制できる。
なお、一次光Ｌ１の鉛直成分は、入射面２１において光軸ＡＸ２０と平行とされているため、出射面２５では、屈折させる必要がない。したがって、出射面２５の鉛直成分は、光軸ＡＸ２０と直交する直線状である。
図２Ｂに示す様に、入射面２１の水平成分は、光軸ＡＸ２０の近傍において双曲線焦点を拡散中心に一致させる双曲線形状Ｈを有し、光軸ＡＸ２０から水平方向外側に離れるに従い双曲線形状Ｈから後方に離れる形状を有する。上述したように、コリメートレンズ２０Ａの屈折率に合わせて双曲線形状のパラメータを適切に設定することで、双曲線形状の性質により、双曲線焦点から照射された光は、光軸ＡＸ２０の近傍の入射面２１において屈折して平行光となる。したがって、本実施形態において、入射面２１で屈折された一次光Ｌ１の水平成分は、光軸ＡＸ２０の近傍で光軸ＡＸ２０と平行とすることができる。これにより、光軸ＡＸ２０の近傍において、出射面２５から出射される光束の密度を高めることができ、水平方向の中央近傍を明るくした配光パターンを実現できる。また、本実施形態によれば、光軸ＡＸ２０から水平方向外側に離れるに従い、入射面２１の水平成分が双曲線形状から後方に離間する。これにより、一次光Ｌ１の水平成分は、光軸ＡＸ２０から水平方向外側に離れることで拡散角度を拡げることができる。したがって、コリメートレンズ２０Ａは、光の水平成分の外側の領域を拡散させることで、配光パターンの水平方向の広がりを大きくして、車両用に適した配光パターンを実現できる。
なお、一次光Ｌ１の水平成分は、入射面２１において光軸ＡＸ２０に対して傾いた方向に進行し、出射面２５において屈折され光軸ＡＸ２０に対して平行な二次光Ｌ２として集光光学系３０に向けて出射される。出射面２５の水平成分は、集光光学系３０側に突出する凸形状である。
本実施形態によれば、コリメートレンズ２０Ａは、入射面２１において入射した光を屈折させ、水平方向の拡散角度を、鉛直方向の拡散角度に対して大きくする。これにより、出射面２５から平行光として出射される光の配光パターンを、水平方向を幅広にすることが可能となり、車両用灯具１として好ましい配光パターンを形成できる。
なお、本明細書において、入射面２１の鉛直成分とは、入射面２１の鉛直方向に沿う断面形状を意味する。言い換える、入射面２１の鉛直成分とは、光軸ＡＸ２０と平行な鉛直面（Ｙ－Ｚ平面）に対し平行な断面における入射面２１の面形状を意味する。同様に、本明細書において、入射面２１の水平成分とは、入射面２１の水平方向に沿う断面形状を意味する。言い換えると、入射面２１の水平成分とは、水平面（Ｘ－Ｚ平面）に対し平行な断面における入射面２１の面形状を意味する。
＜集光光学系＞
図３Ａは、集光光学系３０を水平方向から見た側面図である。また、図３Ｂは、集光光学系３０を鉛直方向から見た平面図である。集光レンズ３０Ａは、投影光学系として機能する。集光光学系３０の光軸ＡＸ３０は、平行光照射装置１０のコリメータ光学系２０の光軸ＡＸ２０と一致する。集光光学系３０は、平行光照射装置１０から照射された平行光を集光する。
集光光学系３０は、集光レンズ３０Ａを有する。本実施形態の集光光学系３０は、１つの集光レンズ３０Ａから構成される。しかしながら、集光光学系３０は、光軸ＡＸ３０を一致させて光軸ＡＸ３０に沿って並ぶ複数のレンズから構成されていてもよい。
図１Ａおよび図１Ｂに示す様に、集光光学系３０は、平行光照射装置１０の前方に位置する。集光レンズ３０Ａは、入射面３１と出射面３２とを有する。平行光照射装置１０から照射された平行光は、入射面３１において集光レンズ３０Ａの内部に入射する。本実施形態において、入射面３１は、光軸ＡＸ３０と直交する平面である。したがって、集光レンズ３０Ａに入射する入射面３１において屈折しない。集光レンズ３０Ａの内部を通過する光は、出射面３２において集光レンズ３０Ａの前方に出射される。本実施形態において、出射面３２は、前方に突出する凸面形状である。集光レンズ３０Ａの内部を通過する光は、出射面３２において光軸ＡＸ３０側に屈折する。
出射面３２の面形状は、水平方向成分と鉛直方向成分とが異なる。このため、出射面３２から出射される光は、水平成分と鉛直成分とで異なる焦点（鉛直成分焦点３０ａおよび水平成分焦点３０ｂ）を結ぶ。すなわち、集光光学系３０は、鉛直成分焦点３０ａおよび水平成分焦点３０ｂを構成する。鉛直成分焦点３０ａおよび水平成分焦点３０ｂは、集光光学系３０の光軸ＡＸ３０に一致する。図１Ａおよび図１Ｂに示す様に、集光レンズ３０Ａの水平成分の焦点距離Ｆ２は、鉛直成分の焦点距離Ｆ２より短い。
ここで本明細書における、鉛直成分焦点３０ａとは、集光光学系３０に入射し集光光学系３０で屈折される平行光の光路を図１Ａに示す様に水平方向から見たとき、最も光が集光する点を意味する。同様に、水平成分焦点３０ｂとは、集光光学系３０に入射し集光光学系３０で屈折される平行光の光路を図１Ｂに示す様に鉛直方向から見たとき、最も光が集光する点を意味する。したがって、鉛直成分焦点３０ａおよび水平成分焦点３０ｂは、必ずしも厳密な意味での光学的な焦点である必要はない。
本実施形態によれば、集光光学系３０は、水平成分と鉛直成分との焦点距離が互いに異なり、水平成分の焦点距離Ｆ２が鉛直成分の焦点距離Ｆ１より短い。したがって、水平成分焦点３０ｂへの集光角度（以下、水平成分集光角度θ２）は、鉛直成分焦点３０ａへの集光角度（以下、鉛直成分集光角度θ１）より大きくなる。これに伴い、水平成分焦点３０ｂから拡散する光の拡散角度は、鉛直成分焦点３０ａから拡散する光の拡散角度より大きくなる。結果として、集光光学系３０により形成される投影配光パターンは、鉛直成分に対して水平方向が幅広となる。すなわち、本実施形態の車両用灯具１によれば、車両用として好ましい投影配光パターンを形成できる。
図１Ａに示す集光レンズ３０Ａの鉛直成分について説明する。
集光レンズ３０Ａの光軸ＡＸ３０に対し光軸ＡＸ３０と鉛直方向に距離ｙだけ離れた地点を通って集光レンズ３０Ａに入射する光Ｌａは、集光レンズ３０Ａの鉛直成分焦点（集光点）３０ａに、光軸ＡＸ３０に対する鉛直成分集光角度θ１で出射され車両前方に投影される。このとき鉛直成分集光角度θ１は、以下の式で表される。
θ１＝ｔａｎ－１（ｙ／Ｆ１）
鉛直成分の焦点距離Ｆ１は、集光レンズ３０Ａの入出射前後の光路の延長線のレンズ内における交点ＣＰ１から鉛直成分焦点３０ａまでの距離である。
図１Ｂに示す集光レンズ３０Ａの水平成分について説明する。
集光レンズ３０Ａの光軸ＡＸ３０に対し光軸ＡＸ３０と水平方向に距離ｘだけ離れた地点を通って集光レンズ３０Ａに入射する光Ｌｂは、集光レンズ３０Ａの水平成分焦点（集光点）３０ｂに、光軸ＡＸ３０に対する水平成分集光角度θ２で出射され車両前方に投影される。このとき水平成分集光角度θ２は、以下の式で表される。
θ２＝ｔａｎ－１（ｘ／Ｆ２）
水平成分の焦点距離Ｆ２は、集光レンズ３０Ａの入出射前後の光路の延長線のレンズ内における交点ＣＰ２から水平成分焦点３０ｂまでの距離である。
集光レンズ３０Ａは、上述したように前方に鉛直成分焦点３０ａおよび水平成分焦点３０ｂを構成するとともに、後方にもこれらに対応する鉛直成分焦点３０ａおよび水平成分焦点３０ｂを構成する。集光レンズ３０Ａの前後に位置する一対の鉛直成分焦点３０ａの焦点距離Ｆ１は、一致する。また、集光レンズ３０Ａの前後に位置する一対の水平成分焦点３０ｂの焦点距離Ｆ２は、一致する。
本実施形態において、集光レンズ３０Ａは、入射面３１が平面かつ出射面３２が凸面の凸レンズである。しかしながら、集光レンズ３０Ａは一例であり、その構成は本実施形態に限定されない。例えば、集光レンズ３０Ａは、入射面３１および出射面３２がともに凸面であるものを採用してもよい。
上述したように、集光光学系３０は、複数の集光レンズから構成されていてもよい。例えば、一例として、集光光学系３０は、水平方向に集光するシリンドリカルレンズと、鉛直方向に集光するシリンドリカルレンズを光軸ＡＸ３０に沿って前後に並べて配置して構成されていてもよい。この場合、前方側に位置するシリンドリカルレンズの出射面を基準として、水平成分焦点が鉛直成分焦点より近くに配置されていればよい。
＜画像光形成装置＞
画像光形成装置５０は、光を変調して画像光を形成する。本実施形態において画像光形成装置５０は、光を透過させる際に画像光を形成する透過型の液晶パネルである。なお、画像光形成装置５０は、反射型の液晶パネルであってもよく、回動可能な複数の微小ミラーをアレイ（マトリックス）状に配列され光を反射させる際に画像光を形成するＤＭＤ（Digital Mirror Device）であってもよい。画像光形成装置５０を光源本体１２から集光光学系３０までの経路中に配置することで、集光光学系に入射する光を画像光とすることができ、前方に照射する配光パターンを経時的に変化させることができる。すなわちこの構成によれば、車両用灯具は、ＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）制御を行うことができる。
以下、本実施形態の説明において、画像光形成装置を液晶パネル５０と呼ぶ。
液晶パネル５０は、平行光照射装置１０と集光光学系３０との間に位置する。すなわち、液晶パネル５０には、平行光照射装置１０により平行光とされた光の一部を透過させ、また他の一部を遮蔽して画像光を形成する。液晶パネル５０を平行光照射装置１０と集光光学系３０との間に配置することで、液晶パネル５０を透過する光を平行光とすることができるため、より鮮明な画像光を形成できる。すなわち本実施形態によれば、平行光照射装置１０から照射された平行光を利用して液晶パネル５０によって画像光を形成することで、より鮮明な配光パターンを形成できる。
液晶パネル５０は、コリメータ光学系２０の光軸ＡＸ３０と直交して配置されている。すなわち、液晶パネル５０を入射する平行光と直交して配置されている。これにより、液晶パネル５０により形成される画像光のコントラストを高めることができる。
一般的に、液晶パネルに用いられる液晶素子は、光の入射角度によって透過性能が変わることが知られている。すなわち、液晶素子は、特定の角度（例えば液晶パネルと直交する方向）からの光に対して最もコントラスト（明暗透過率比）が高くなるが、特定角度からずれるに従ってコントラストが低下するという特性を有している。このため、液晶素子に入射する光が角度分布を持っていると、特定角度から最もずれた光が入射する領域のコントラストの低下に合わせて画像光全体の明暗透過率比も下がってしまう。
本実施形態によれば、液晶パネル５０を平行光と直交して配置することにより、液晶パネル５０の最もコントラストが高くなる入射角度の光のみを利用でき、画像光の明暗透過率比を高めることができる。すなわち本実施形態によれば、明瞭な配光パターンを形成する車両用灯具１を提供できる。
このように、液晶パネル５０は、平行光を入射する場合に高い性能を発揮する。したがって、本実施形態の車両用灯具１は、画像光形成装置として液晶パネル５０を用いた場合に最も効果を奏するものである。
液晶パネル５０は、集光光学系３０の後方に位置する鉛直成分焦点３０ａと水平成分焦点３０ｂとの間に配置される。液晶パネル５０は、集光光学系３０の後方の焦点に配置される場合に、平行光照射装置１０から照射される光に非平行な光が含まれる場合であっても鮮明な配光パターンを形成することができる。本実施形態によれば、集光光学系３０の後方に位置する鉛直成分焦点３０ａと水平成分焦点３０ｂとの間に配置することで、水平方向および鉛直方向について、コントラストのバランスの良い画像光を形成できる。
図１Ａに、仮想線（二点鎖線）で図示するように、液晶パネル５０を鉛直成分焦点３０ａに配置してもよい。この場合、液晶パネル５０により形成される画像光の鉛直方向のコントラストを高めることができる。
また、図１Ｂに、仮想線（二点鎖線）で図示するように、液晶パネル５０を水平成分焦点３０ｂに配置してもよい。この場合、液晶パネル５０により形成される画像光の水平方向のコントラストを高めることができる。
（変形例）
図４Ａおよび図４Ｂは、変形例の車両用灯具１０１の概略模式図である。図４Ａは、車両用灯具１０１を水平方向から見た模式図であり、図４Ｂは、車両用灯具１０１を鉛直方向から見た模式図である。車両用灯具１０１は、車両に搭載され車両の前方（＋Ｚ方向）を照射する。
車両用灯具１０１は、平行光照射装置１０と、拡散光学系（投影光学系）１３０と、を備える。車両用灯具１０１において、平行光照射装置１０から平行光が照射される。平行光は、拡散光学系１３０により拡散され前方に投影される。
拡散光学系１３０は、拡散レンズ１３０Ａを有する。本変形例の拡散光学系１３０は、１つの拡散レンズ１３０Ａから構成される。しかしながら、拡散光学系１３０は、光軸ＡＸ１３０を一致させて光軸ＡＸ１３０に沿って並ぶ複数のレンズから構成されていてもよい。
拡散光学系１３０は、平行光照射装置１０の前方に位置する。拡散レンズ１３０Ａは、入射面１３１と出射面１３２とを有する。平行光照射装置１０から照射された平行光は、入射面１３１において拡散レンズ１３０Ａの内部に入射する。本変形例において、入射面１３１は、光軸ＡＸ１３０と直交する平面である。したがって、拡散レンズ１３０Ａに入射する入射面１３１において屈折しない。拡散レンズ１３０Ａの内部を通過する光は、出射面１３２において拡散レンズ１３０Ａの前方に出射される。本変形例において、出射面１３２は、後方に向かって窪む凹面形状である。拡散レンズ１３０Ａの内部を通過する光は、出射面１３２において光軸ＡＸ１３０から離れる方向に屈折する。
出射面１３２の面形状は、水平方向成分と鉛直方向成分とが異なる。このため、出射面１３２から出射される光は、水平成分と鉛直成分とで異なる焦点（鉛直成分焦点１３０ａおよび水平成分焦点１３０ｂ）を結ぶ。すなわち、拡散光学系１３０は、鉛直成分焦点１３０ａおよび水平成分焦点１３０ｂを構成する。鉛直成分焦点１３０ａおよび水平成分焦点１３０ｂは、拡散光学系１３０の光軸ＡＸ１３０に一致する。拡散レンズ１３０Ａの水平成分の焦点距離Ｆ１０２は、鉛直成分の焦点距離Ｆ１０２より短い。
本変形例によれば、拡散光学系１３０は、水平成分と鉛直成分との焦点距離が互いに異なり、水平成分の焦点距離Ｆ１０２が鉛直成分の焦点距離Ｆ１０１より短い。したがって、拡散光学系１３０から照射された光の水平成分の拡散角度は、鉛直成分の拡散角度より大きくなる。結果として、拡散光学系１３０により形成される投影配光パターンは、鉛直成分に対して水平方向が幅広となる。すなわち、本変形例の車両用灯具１０１によれば、車両用として好ましい投影配光パターンを形成できる。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
図５および図６は、上述した一実施形態の車両用灯具１において、車両用灯具１に正対した仮想鉛直スクリーンに対する配光パターンＰ１のシミュレーション結果を示す。図５に示す配光パターンＰ１において、液晶パネル５０は全ての光を透過させる。また、図６に示す配光パターンＰ２において、液晶パネル５０は、水平方向および鉛直方向において１辺５°の角度で遮光する。
図５および図６に示す様に、配光パターンＰ１、Ｐ２は、中心に高照度帯が設けられると共に鉛直方向に対して水平方向が幅広であり、車両用灯具の配光パターンとして好ましい形状に構成されている。また、配光パターンＰ１、Ｐ２の全光束を確認すると、アウターレンズ（各図において省略）における光の損失を考慮した場合であっても、光の利用効率が５０％以上とされる。したがって、本実施形態の車両用灯具１によれば、高効率かつ意匠性が高く好ましい配光パターンＰ１、Ｐ２を形成できる。なお、光の利用効率とは、光源本体から照射される全光束に対する前方に照射される光束の比を百分率で表した指標である。
図６に示す様に、配光パターンＰ２は、部分的に光を照射しない領域を形成する。本実施形態の車両用灯具１によれば、光路中に液晶パネル５０を配置することで、部分的に光の照射をマスクするＡＤＢ制御を鮮明に行うことができる。
以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されない。
本実施形態において、光源本体１２は、ランバーシアンな発光光線を照射する。しかしながら、光源本体１２として、狭角発行光源を用いることで簡素な構成によって高照度な配光を実現できる。また、平行光照射装置１０として、レーザ光源を用いてもよい。
１，１０１…車両用灯具、１０…平行光照射装置、１１…光源ユニット、１１ａ…拡散中心、１２…光源本体、１３…楕円反射面、１３ａ…楕円焦点、２０…コリメータ光学系、２０Ａ…コリメートレンズ、２１，３１…入射面、２５，３２…出射面、３０…集光光学系（投影光学系）、３０Ａ…集光レンズ、３０ａ，１３０ａ…鉛直成分焦点（焦点）、３０ｂ，１３０ｂ…水平成分焦点（焦点）、５０…液晶パネル（画像光形成装置）、１３０…拡散光学系（投影光学系）、１３０Ａ…拡散レンズ、ＡＸ２０，ＡＸ３０，ＡＸ１３０…光軸、Ｆ１，Ｆ１０１…焦点距離（鉛直成分の焦点距離）、Ｆ２，Ｆ１０２…焦点距離（水平成分の焦点距離）、Ｈ…双曲線形状、Ｌ１…一次光、Ｌ２…二次光

Claims (7)

  1. 車両の前方を照射する車両用灯具であって、
    平行光を照射する平行光照射装置と、
    平行光照射装置から照射された平行光を前方に投影する投影光学系と、を備え、
    前記投影光学系は、水平成分の焦点距離が、鉛直成分の焦点距離より短く、
    前記平行光照射装置と前記投影光学系との間に位置し、平行光照射装置から照射された平行光を変調して画像光を形成する画像光形成装置を備える、車両用灯具。
  2. 前記平行光照射装置は、拡散中心から放射状に光を照射する光源ユニットと、前記光源ユニットから照射された光を平行光とするコリメータ光学系と、を有する、請求項１に記載の車両用灯具。
  3. 前記コリメータ光学系は、前記光源ユニットから照射された光を入射させ前記コリメータ光学系の内部を通過する一次光とする入射面と、前記コリメータ光学系の光軸と平行な二次光を出射する出射面と、を有し、
    前記一次光の水平成分の拡散角度が、前記一次光の鉛直方向の成分の拡散角度より大きい、
    請求項２に記載の車両用灯具。
  4. 前記入射面の鉛直成分は、双曲線焦点を前記拡散中心に一致させる双曲線形状を有する、
    請求項３に記載の車両用灯具。
  5. 車両の前方を照射する車両用灯具であって、
    平行光を照射する平行光照射装置と、
    平行光照射装置から照射された平行光を前方に投影する投影光学系と、を備え、
    前記投影光学系は、水平成分の焦点距離が、鉛直成分の焦点距離より短く、
    前記平行光照射装置は、拡散中心から放射状に光を照射する光源ユニットと、前記光源ユニットから照射された光を平行光とするコリメータ光学系と、を有し、
    前記コリメータ光学系は、前記光源ユニットから照射された光を入射させ前記コリメータ光学系の内部を通過する一次光とする入射面と、前記コリメータ光学系の光軸と平行な二次光を出射する出射面と、を有し、
    前記一次光の水平成分の拡散角度が、前記一次光の鉛直方向の成分の拡散角度より大きく、
    前記入射面の水平成分は、前記コリメータ光学系の光軸の近傍において双曲線焦点を前記拡散中心に一致させる双曲線形状を有し、前記コリメータ光学系の光軸から水平方向外側に離れるに従い双曲線形状から後方に離れる形状を有する、車両用灯具。
  6. 前記入射面の鉛直成分は、双曲線焦点を前記拡散中心に一致させる双曲線形状を有する、
    請求項５に記載の車両用灯具。
  7. 前記光源ユニットは、光源本体と、前記光源本体から照射された光を反射して前記コリメータ光学系に向けて照射する楕円反射面と、を有し、
    前記楕円反射面は、一対の楕円焦点を基準とする楕円形状に構成され、
    一対の前記楕円焦点のうち、一方には前記光源本体が配置され、他方が前記拡散中心として機能する、
    請求項２～６の何れか一項に記載の車両用灯具。
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