JP7034736B2

JP7034736B2 - 光照射装置及び車両用灯具

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Publication number: JP7034736B2
Application number: JP2018010165A
Authority: JP
Inventors: 真也小暮
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2022-03-14
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: JP2019129076A

Description

本発明は、光照射装置及び車両用灯具に関するものであり、詳しくは、レーザー光源から出射されたレーザービームのビーム径を絞って所定の集光位置に集光させる集光光学系を有する光照射装置及びその光照射装置を用いた車両用灯具に関する。

従来、この種の光照射装置としては、例えば、特許文献１に「車両用前照灯」の名称で開示されたものがある。

開示された車両用前照灯は、ＬＥＤ光源又はレーザー光源からなる励起光源から出射された青色光又は紫色光を集光レンズによって集光方向に光路制御してスキャンデバイスからなる走査機構を構成する２軸方向に傾動可能な反射鏡（例えばＭＥＭＳミラー）に照射し、反射鏡を２軸方向に回動することにより照射光の反射光を蛍光体に２次元的に照射し、蛍光体を透過して色相変換された白色光が投影レンズで配光制御されて前面カバーを通して車両前方に照射される。

この場合、集光レンズを下記構成とすることが開示されている。

それは、集光レンズを励起光源側に位置する第１レンズと第１レンズの、励起光源と反対側に位置する第２レンズとの組み合わせで構成し、第１レンズ及び第２レンズはいずれも励起光源側の面を平面、励起光源と反対側の面を円弧柱面とするシリンドリカル形状を有すると共に互いに直交する方向に延びるように配置している。

これにより、励起光源から出射された光が第１レンズ及び第２レンズを透過することにより互いに直交する２つの方向に偏向され、円形等の自在な光像を蛍光体に照射することにより自在性の高い配光パターンを形成するものである（特許文献１の図５参照）。

また、特許文献２に車両用前照灯の光学的要素の構成として開示されたものがある。

それは、半導体光源から放出される青色レーザー光が集光レンズによって集光されてＭＥＭＳミラーに入射し、ＭＥＭＳミラーによって二次元スキャンされた反射光が黄色蛍光体を備えた波長変換部材に入射され、波長変換部材からは青色レーザー光で励起された黄色蛍光体から発せられた黄色光と波長変換部材を透過した青色レーザー光との加法混色の疑似白色光が得られる。

そして、この疑似白色光のスキャン動作と半導体光源の点消灯制御とのタイミングを図ることにより設定した照射範囲に所定の配光パターンが形成され、投影レンズを通して前方車両の位置に応じた選択的な光照射が行われる（特許文献２の図２参照）。

特開２０１７－１７４６３７公報特開２０１６－１１７３５２公報

ところで、上記引用文献１の構成による車両用前照灯は、励起光源から出射されて該励起光源の光軸を含む第１レンズの延長方向に垂直な面に沿って進む光は、第１レンズのシリンドリカル面で圧縮（集光方向に屈折）された後に第２レンズの平面及びシリンドリカル面で屈折され、励起光源から出射されて該励起光源の光軸を含む第２レンズの延長方向に垂直な面に沿って進む光は、第２レンズの平面に至る前に第１レンズの平面及びシリンドリカル面で屈折されてその屈折光が第２レンズのシリンドリカル面で圧縮（集光方向に屈折）される。

そのため、励起光源から出射されて第１レンズ及び第２レンズを透過した光による光像の形成位置にずれが生じ、ぼやけた輪郭を有する光像が形成されることになる（図１４の光像参照）。

また、上記引用文献２の構成による車両用前照灯は、波長変換部材に入射する集光像が一方向に極めて長い帯状を呈するものである。そのため、前方車両の位置に対応した選択的な光照射によって高解像度の配光パターンを得ることが難しい（図１５の集光像参照）。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたものであり、その目的とするところは、レーザー光源の光源像を集光して鮮明な集光像を得ることができる集光光学系からなる光照射装置を提供すると共に、その光照射装置を用いることにより高解像度の配光パターンを形成することができる車両用灯具を実現する。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、レーザー光源と第１レンズ及び第２レンズの２つのバイコーニックレンズを有する光照射装置と、可動ミラーと、波長変換部材と、前記波長変換部材からの出射光の配光制御を行う投影レンズとを備え、前記レーザー光源、前記第１レンズ及び前記第２レンズは夫々の光軸が同一直線上に位置し、前記レーザー光源は、出射されるレーザービームの光源像が互いに直交する方向に短軸と長軸を有し、前記レーザー光源は光学特性として、短軸方向に向けて出射された前記レーザービームの拡散角は長軸方向の拡散角より広く、前記第１レンズは、前記短軸方向に入射したレーザービームを集光方向に屈折させて出射すると共に前記長軸方向に入射したレーザービームをほぼ直進させて出射する光学機能面を有し、前記第２レンズは、前記長軸方向に入射したレーザービームを集光方向に屈折させて出射すると共に前記短軸方向に入射したレーザービームをほぼ直進させて出射する光学機能面を有し、前記第１レンズが前記第２レンズよりも前記レーザー光源側に位置し、前記レーザー光源から出射して前記第１レンズを介して前記長軸方向に向かうレーザービームの方が、前記レーザー光源から出射して前記第２レンズを介して前記短軸方向に向かうレーザービームよりも倍率が小さくなり、前記第１レンズ及び前記第２レンズを介することで同一位置に小径化され且つ短軸の長さに対して長軸の長さが短縮された形状の集光像を形成し、前記光照射装置による前記集光像が、前記可動ミラーによって前記波長変換部材に２次元的に走査照射され、前記波長変換部材で色相変換された光が前記投影レンズの走査範囲に２次元的に走査照射されて前記投影レンズで屈折制御された出射光が前方を２次元的に走査照射して面状に照らすことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記第１レンズの長軸方向の断面における入射面の曲率と前記第１レンズの出射面の曲率は略同一であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２のいずれかにおいて、前記第２レンズの第２光入射面が前記長軸および前記短軸の面に沿う平面で構成され、前記第２光出射面が前記短軸方向に延びる直線を前記長軸方向に沿って、前記長軸および前記短軸方向に直交する方向の前記第２光入射面と反対側に第１の曲率で凸状に移動した軌跡で構成され、前記第２光入射面と反対側に第２曲率で凸状となる２次曲面で構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、レーザー光源と１つのバイコーニックレンズを有する光照射装置と、可動ミラーと、波長変換部材と、前記波長変換部材からの出射光の配光制御を行う投影レンズとを備え、前記レーザー光源と前記バイコーニックレンズは夫々の光軸が同一直線上に位置し、前記レーザー光源は、出射されるレーザービームの光源像が互いに直交する方向に短軸と長軸を有し、前記レーザー光源は光学特性として、短軸方向に向けて出射された前記レーザービームの拡散角は長軸方向の拡散角より広く、前記バイコーニックレンズの一方の面は、前記短軸方向に向かうレーザービームを屈折して前記長軸方向に向かうレーザービームをほぼ直進させる光学機能面からなり、他方の面は、前記短軸方向に向かうレーザービームをほぼ直進させて前記長軸方向に向かうレーザービームを屈折する光学機能面からなり、前記バイコーニックレンズの前記一方の面が前記他方の面よりも前記レーザー光源側に位置し、前記バイコーニックレンズの前記一方の面を介して前記長軸方向に向かうレーザービームの方が、前記レーザー光源から出射して前記バイコーニックレンズの前記他方の面を介して前記短軸方向に向かうレーザービームよりも倍率が小さくなり、前記バイコーニックレンズを介することで同一位置に小径化され且つ短軸の長さに対して長軸の長さが短縮された形状の集光像を形成し、前記光照射装置による前記集光像が、前記可動ミラーによって前記波長変換部材に２次元的に走査照射され、前記波長変換部材で色相変換された光が前記投影レンズの走査範囲に２次元的に走査照射されて前記投影レンズで屈折制御された出射光が前方を２次元的に走査照射して面状に照らすことを特徴とするものである。

本発明によれば、出射されるレーザービームの光源像が互いに直交する方向に短軸と長軸を有するレーザー光源に対して、短軸方向に入射したレーザービームを集光方向に屈折させて出射すると共に長軸方向に入射したレーザービームをほぼ直進させて出射する光学機能面を有する第１レンズと、長軸方向に入射したレーザービームを集光方向に屈折させて出射すると共に短軸方向に入射したレーザービームをほぼ直進させて出射する光学機能面を有する第２レンズ２０の２つのバイコーニックレンズを配置し、それによって短軸方向に向かうレーザービームと長軸方向に向かうレーザービームが同一位置に集光像を形成するようにした。

その結果、レーザー光源の光源像を集光して鮮明な集光像を得ることができる集光光学系からなる光照射装置を提供すると共に、その光照射装置を用いることにより高解像度の配光パターンを形成することができる車両用灯具を実現する。

光照射装置を構成する集光光学系の構成斜視図である。第１レンズの斜視図である。図２のＡ－Ａ断面図である。図２のＢ－Ｂ断面図である。第２レンズの斜視図である。図５のＣ－Ｃ断面図である。図５のＤ－Ｄ断面図である。レーザー光源からＸ軸方向に出射されたレーザービームの光路説明図である。レーザー光源からＹ軸方向に出射されたレーザービームの光路説明図である。集光光学系の構成部材の位置関係を示す説明図である。同じく、集光光学系の構成部材の位置関係を示す説明図である。集光光学系による集光像である。光照射装置を用いた車両用灯具の構成説明図である。従来の集光光学系による光像である。従来の集光光学系による集光像である。

以下、この発明の好適な実施形態を図１～図１３を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

本発明の光照射装置は、例えば、レーザー走査系のＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）システムを備えた車両用灯具において、レーザー走査系を構成するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems)の可動ミラーに照射するレーザービームの集光を図る集光光学系を有している。

本発明の光照射装置を構成する集光光学系１は、図１に示すように、レーザー光源（LＤ：Laser Diode）５と、レーザー光源５側に位置する第１レンズ１０及び第１レンズ１０の、レーザー光源５と反対側に位置する第２レンズ２０の２つの光学レンズを備えている。

レーザー光源５は、出射されるレーザービームの光源像が互いに直交する方向に短軸と長軸を有するものであり、以下の説明においては、レーザー光源５からの出射光（レーザービーム）の進行方向をＺ軸方向とし、レーザー光源５から出射されたレーザービームの光源像の長軸方向をＸ軸方向とし、光源像の短軸方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸方向とＹ軸方向は互いに直交する方向を向いている。尚、レーザー光は短軸方向のＹ方向に広がりやすく、長軸方向のＸ方向ではＹ方向ほど広がらず、第１レンズ１０に到達する際にはＹ軸方向のほうがＸ軸方向よりも幅広となっている。

第１レンズ１０及び第２レンズ２０はいずれも夫々の光軸Ａ_ＸＬ１及びＡ_ＸＬ２が、Ｚ軸方向に沿って延びるレーザー光源５の光軸Ａ_ＸＤと同一直線上に位置するように配置されており、いずれも所謂バイコーニックレンズからなっている。

つまり、第１レンズ１０は、該第１レンズ１０の光軸Ａ_ＸＬ１に交差するＸ軸方向の焦点距離と光軸Ａ_ＸＬ１に交差するＹ軸方向の焦点距離が異なる。同様に、第２レンズ２０は、該第２レンズ２０の光軸Ａ_ＸＬ２に交差するＸ軸方向の焦点距離と光軸Ａ_ＸＬ２に交差するＹ軸方向の焦点距離が異なる。

次に、第１レンズ１０及び第２レンズ２０の夫々の具体的な形状について説明する。

図３は図２で示す第１レンズ１０のＡ－Ａ断面図であり、第１レンズ１０を該第１レンズ１０の光軸Ａ_ＸＬ１を含むＺＸ平面で切断した断面（以下、ＺＸ断面と略称する）の図である。図４は図２で示す第１レンズ１０のＢ－Ｂ断面図であり、第１レンズ１０を該第１レンズ１０の光軸Ａ_ＸＬ１を含むＺＹ平面で切断した断面（以下、ＺＹ断面と略称する）の図である。

第１レンズ１０は、レーザー光源５に対向する側の面（光入射面）１１は、ＺＸ断面の形状がレーザー光源５側に凹の所定の曲率（ｃ１）を有する曲線を呈し（図３参照）、ＺＹ断面の形状がＹ軸方向に沿って延びるほぼ直線を呈している（図４参照）。

光入射面１１の反対側の面（光出射面）１２は、ＺＸ断面の形状がレーザー光源５と反対側（光入射面１１と反対側）に凸の所定の曲率(ｃ２)を有する曲線を呈し（図３参照）、ＺＹ断面の形状もレーザー光源５と反対側（光入射面１１と反対側）に凸の所定の曲率（ｃ３）を有する曲線を呈している（図４参照）。

このとき、光入射面１１のＺＸ断面の曲率（ｃ１）と光出射面１２のＺＸ断面の曲率（ｃ２）とは互いにほぼ同じ曲率（曲率半径）で構成され、光出射面１２のＺＹ断面の曲率（ｃ３）は曲率（ｃ１）及び曲率（ｃ２）よりも大きい曲率（小さい曲率半径）で構成されている。

換言すると、第１レンズ１０は光入射面１１が、Ｙ軸方向に延びる直線をＸ軸方向に沿って、Ｚ軸方向の対向面（光出射面１２）側に所定の曲率（ｃ１）で凹状に移動した軌跡で構成され、光出射面１２側に所定の曲率（ｃ１）で凹んだ２次曲面で構成されている。

光出射面１２は、Ｙ軸方向に、Ｚ軸方向の対向面（光入射面１１）と反対側に所定の曲率（ｃ３）で凸状に延びる曲線を、Ｘ軸方向に沿って、Ｚ軸方向の対向面（光入射面１１）と反対側に所定の曲率（ｃ２）で凸状に移動した軌跡で構成され、Ｘ軸方向に沿う面及びＹ軸方向に沿う面の夫々が光入射面１１と反対側に所定の曲率（ｃ２）及び（ｃ３）で凸状に形成された３次曲面で構成されている。

図６は図５で示す第２レンズ２０のＣ－Ｃ断面図であり、第２レンズ２０を該第２レンズ２０の光軸Ａ_ＸＬ２を含むＺＸ平面で切断した断面（以下、ＺＸ断面と略称する）の図である。図７は図５で示す第２レンズ２０のＤ－Ｄ断面図であり、第２レンズ２０を該第２レンズ２０の光軸Ａ_ＸＬ２を含むＺＹ平面で切断した断面（以下、ＺＹ断面と略称する）の図である。

第２レンズ２０は、第１レンズ１０の光出射面１２に対向する側の面（光入射面）２１は、ＺＸ断面の形状がＸ軸方向に沿って延びるほぼ直線を呈し（図６参照）、ＺＹ断面の形状もＹ軸方向に沿って延びるほぼ直線を呈している。尚、ＺＹ断面の形状もＺＸ平面と同様の理由で第１レンズ１０の光出射面１２側に凸の所定の曲率（ｃ１２）を有する曲線でもよい。ただし、本実施形態の場合は光出射面１２からのＹ方向の光線が極めてコリメート光に近いため、要求される曲率は非常に小さく、曲面にした場合の効果はＺＸ断面ほど大きくない。そのため、本実施形態では成形性と製造コストを踏まえた上でＹ軸方向に沿って延びるほぼ直線形状となっている。

光入射面２１の反対側の面（光出射面）２２は、ＺＸ断面の形状が第１レンズ１０の光出射面１２と反対側（光入射面２１と反対側）に凸の所定の曲率（ｃ１１）を有する曲線を呈し（図６参照）、ＺＹ断面の形状もＹ軸方向に沿って延びるほぼ直線を呈している。
尚、ＺＹ断面の形状もＺＸ平面と同様の理由で第１レンズ１０の光出射面１２側に凸の所定の曲率（ｃ１２）を有する曲線でもよい。ただし、本実施形態の場合は光出射面１２からのＹ方向の光線が極めてコリメート光に近いため、要求される曲率は非常に小さく、曲面にした場合の効果はＺＸ断面ほど大きくない。そのため、本実施形態では成形性と製造コストを踏まえた上でＹ軸方向に沿って延びるほぼ直線形状となっている。

尚、本明細書におけるバイコーニックレンズとは、光学面が直交する２つの軸に対して異なる２つの曲率を有することを特徴とするレンズである。曲がっていない場合は曲率を０として扱う。したがって、シリンドリカルレンズもバイコーニックレンズに含む。ただし、第１レンズにおいてはシリンドリカルレンズではなく、直行する２つの軸に対してともに曲がった面形状(＝曲率が０よりも大きい)のレンズとする。

仮に第２レンズにおいてＺＹ断面の形状が曲面であるとしたら、光入射面２１のＺＹ断面の曲率（ｃ１２）と光出射面２２のＺＹ断面の曲率（ｃ１３）とは互いにほぼ同じ曲率（曲率半径）で構成される。

換言すると、第２レンズ２０は光入射面２１がＸＹ面に沿う平面で構成され、光出射面２２がＹ軸方向に延びる直線をＸ軸方向に沿って、Ｚ軸方向の対向面（光入射面２１）と反対側に所定の曲率（ｃ１１）で凸状に移動した軌跡で構成され、光入射面２１と反対側に所定の曲率（ｃ１１）で凸状となる２次曲面で構成されている。

次に、レーザー光源５から出射されて上記第１レンズ１０及び第２レンズ２０の２つのバイコーニックレンズによって光路制御されたレーザービームの集光特性について説明する。

図８に示すように、レーザー光源５から出射してＸ軸方向に放射状に発散しながら第１レンズ１０に向かうレーザービームＬ１は、レーザー光源５を取り囲むように位置する曲率ｃ１の曲面で構成された光入射面１１に至って該光入射面１１から第１レンズ１０に入射し、第１レンズ１０内を導光されて曲率ｃ２の曲面で構成された光出射面１２から第２レンズ２０に向けて出射される。

このとき、曲率ｃ１の曲面で構成された光入射面１１及び曲率ｃ２の曲面で構成された光出射面１２の夫々は、少なくともレーザービームの照射範囲内において、レーザービームの光線の光路とレーザービームの光線の到達点（入射点）における曲面の接線とがほぼ直交するような曲率で構成されている。尚、本実施形態ではレンズ厚み分の光入射面と光出射面における光線の到達点の位置のずれは、実際上は無視できる程度小さいものとして曲率ｃ１とｃ２とをほぼ同一にしている。

したがって、レーザー光源５から出射してＸ軸方向に放射状に発散しながら第１レンズ１０に向かうレーザービームＬ１は、ほぼそのまま第１レンズ１０内を直進して第２レンズ２０に向かう。

第２レンズ２０の光入射面２１に至った放射状に発散するレーザービームＬ１は、ＸＹ面に沿う平面で構成された光入射面２１で集光方向に屈折されて第２レンズ２０に入射し、第２レンズ２０内を導光されて光出射面２２に至る。

光出射面２２に至ったレーザービームＬ１は、曲率ｃ１１の曲面で構成された光出射面２２で更に集光方向に屈折されて該光出射面２２から外部に向けて出射される。

このように、レーザー光源５から出射してＸ軸方向に発散しながら進むレーザービームＬ１は、ほぼ第２レンズ２０のみによって光路制御（集光制御）が行われる。

一方、図９に示すように、レーザー光源５から出射してＹ軸方向に放射状に発散しながら第１レンズ１０に向かうレーザービームＬ２は、Ｙ軸方向に沿って延びる直線の軌跡による面で構成された光入射面１１に至り、光入射面１１で集光方向に屈折されて第１レンズ１０に入射し、第１レンズ１０内を導光されて光出射面１２に至る。

光出射面１２に至ったレーザービームＬ２は、曲率ｃ３の曲面で構成された光出射面１２で更に集光方向に屈折されて第２レンズ２０に向けて出射される。第２レンズ２０の光入射面２１に至った、第１レンズ１０で集光方向に屈折されて第２レンズ２０の光軸にほぼ沿って進むレーザービームＬ２は、ＸＹ面に沿う平面で構成された光入射面２１及びＸ軸方向に沿って延びる直線の軌跡による面で構成された光出射面２２を有する第２レンズ２０内をほぼそのまま直進して光出射面２２から外部に向けて出射される。

このように、レーザー光源５から出射してＹ軸方向に発散しながら進むレーザービームＬ２は、ほぼ第１レンズ１０のみによって光路制御（集光制御）が行われる。

ところで、上記構成の集光光学系１において、レーザー光源５から出射してＸ軸方向に進むレーザービームの倍率ｍ_１は、図１０に示すようにレーザー光源５の位置(発光点)からレーザー光源５から出射したレーザービームの実質的な集光作用に係る第２レンズ２０の位置（実効屈折位置）までの距離をａ_１とし、実効屈折位置から集光位置（集光点）３２までの距離をｂ_１とすると、ｍ_１＝（ｂ_１／ａ_１）の関係となる。

同様に、レーザー光源５から出射してＹ軸方向に進むレーザービームの倍率ｍ_２は、図１１に示すようにレーザー光源５の位置(発光点)からレーザー光源５から出射したレーザービームの実質的な集光作用に係る第１レンズ１０の位置（実効屈折位置）までの距離をａ_２とし、実効屈折位置から集光位置（集光点）３２までの距離をｂ_２とすると、ｍ_２＝（ｂ_２／ａ_２）の関係となる。

また、集光光学系１においては、レーザー光源５から出射してＸ軸方向に進むレーザービームとレーザー光源５から出射してＹ軸方向に進むレーザービームとは、互いに同一位置に集光像を形成するように設定されている。したがって、発光点から集光点までの距離をｃとすると、ｃ＝ａ_１＋ｂ_１＝ａ_２＋ｂ_２の関係となる。

したがって、ａ_１＞ａ_２及びｂ_１＜ｂ_２の関係より、ｍ_１＝（ｂ_１／ａ_１）＜（ｂ_２／ａ_２）＝ｍ_２となる。つまり、レーザー光源５から出射してＸ軸方向に進むレーザービームの方がレーザー光源５から出射してＹ軸方向に進むレーザービームよりも倍率が小さい。

そこで、レーザー光源５から出射して上記本発明の集光光学系１によって集光形成されたレーザービームの集光像３０（図１２参照）と、従来の構成による集光光学系によって集光形成された集光像３１（図１５参照）とを比較すると、本発明の集光光学系による集光像３０のＸ軸方向の長さ（長軸の長さ）が、従来の集光光学系による集光像３１のＸ軸方向の長さ（長軸の長さ）の約４０％に短縮されている。

つまり、長軸方向をＸ軸方向とし短軸方向をＹ軸方向とするＸ軸方向に長い形状の光源像に対して、レーザー光源５から出射してＸ軸方向に進むレーザービームの倍率をＹ軸方向に進むレーザービームの倍率よりも小さくて、Ｙ軸方向に進むレーザービームよりもＸ軸方向に進むレーザービームの集光率を高めた集光光学系１により、短軸の長さに対して長軸の長さが短縮された形状の集光像３１を得ることができる。

これにより、レーザービームの集光像のビーム小径化（縮小化）が実現し、集光光学系１を組み込んだ光照射装置の高解像度が可能となる。

ところで、レーザー光源５は光学特性として、短軸方向（Ｙ軸方向）に向けて出射されたレーザービームの拡散角は広く、長軸方向（Ｘ軸方向）に向けて出射されたレーザービームの拡散角は狭い。そこで、拡散角の広い短軸方向（Ｙ軸方向）に向けて出射されたレーザービームの実質的な集光作用に係る第１レンズ１０をレーザー光源５側に配置し、拡散角の狭い長軸方向（Ｘ軸方向）に向けて出射されたレーザービームの実質的な集光作用に係る第２レンズ２０をレーザー光源５から離れた位置に配置することにより、第１レンズ１０及び第２レンズ２０のいずれにおいても良好な光取り込み効率を確保することができる。

また、上述したように、レーザー光源５から出射してＸ軸方向に発散しながら進むレーザービームはほぼ第２レンズ２０のみによって光路制御（集光制御）が行われ、レーザー光源５から出射してＹ軸方向に発散しながら進むレーザービームはほぼ第１レンズ１０のみによって光路制御（集光制御）が行われ、第１レンズ１０及び第２レンズ２０のいずれもが、集光する光が進む軸方向に直交する軸方向に進む光が屈折することなく（集光作用が働くことなく）、互いに干渉することのない集光光学系となっている。したがって、集光光学系１により、ぼやけのない鮮明な輪郭を有する集光像を得ることが可能となる。

次に、上記集光光学系１を用いたＭＥＭＳを組み込んだレーザー走査系のＡＤＢシステムを備えた車両用灯具について、図１３の構成図を用いて説明する。

ＡＤＢシステムは、画像認識システムで前方に車両（対向車・先行車）の存在を検知すると、その検知領域に向かう光を部分的に遮断して車両（対向車・先行車）のドライバーに眩惑を与えることなくハイビーム照射時と同様の視界を確保することができるシステムである。

車両用灯具は、レーザー光源５、第１レンズ１０及び第２レンズ２０の２つのバイコーニックレンズによって集光光学系１が構成され、ＭＥＭＳの可動ミラー４０、波長変換部材４１及び投影レンズ４２を備えている。尚、図１３の集光光学系は、レーザー光源５から出射してＸ軸方向に進むレーザービームの集光に係る集光制御について示している。

レーザー光源５の位置からａ_２の距離の位置に、レーザー光源５からＸ軸方向に出射したレーザービームがそのまま直進して透過する第1レンズ１０が配置され、レーザー光源５の位置からａ_１の距離の位置に、レーザー光源５からＸ軸方向に出射したレーザービームが集光方向に屈折されてｂ１の距離の位置に集光像３１´を形成する第２レンズ２０が配置されている。

そして、第２レンズ２０からｂ_１１の距離の位置にＭＥＭＳの可動ミラー４０が配置され、ＭＥＭＳの可動ミラー４０の位置から集光像３１´（虚像）までの距離ｂ_１２と同一距離の位置に波長変換部材４１が配置されており、レーザー光源５からＸ軸方向に出射したレーザービームがＭＥＭＳの可動ミラー４０で反射されてその反射光が波長変換部材４１で集光像３１（実像）を形成するようになっている。

したがって、ｂ_１＝ｂ_１１＋ｂ_１２の関係を有している。

波長変換部材４１は、照射されたレーザービームに励起されて励起光のレーザービームの波長よりも短波長の光に波長変換する蛍光物質を含有している。

例えば、レーザー光源５から出射されるレーザービームが青色光の場合、青色光に励起されて青色光の補色となる黄色光に波長変換する蛍光物質を含有することにより、レーザー光源５から出射された青色レーザービームの一部が蛍光物質を励起することによって波長変換された黄色光と、レーザー光源５から出射された青色レーザービームの一部との加法混色によって疑似白色光を得ることができる。

同様に、レーザー光源５から出射されるレーザービームが青色光の場合、青色光に励起されて緑色光及び赤色光にそれぞれ波長変換する２種類の蛍光体物質を含有することにより、レーザー光源５から出射された青色レーザービームの一部が蛍光物質を励起することによって波長変換された緑色光及び赤色光と、レーザー光源５から出射された青色レーザービームの一部との加法混色によって白色光を得ることができる。

その他、レーザー光源５から出射される光の波長と蛍光物質とを適宜に組み合わせることにより、白色光及び疑似白色光以外の種々な色相の光を得ることができる。

波長変換部材４１の前方には投影レンズ４２が配置されており、該投影レンズ４２に入射した光を屈折して所定の方向に向けて出射する配光制御機能を有している。

そこで、レーザー光源５から出射したレーザービーム（例えば、青色光）は、方向及び角度を連続的に可動制御されたＭＥＭＳの可動ミラー４０で反射されてその反射光が波長変換部材（例えば、黄色蛍光体物質が含有された波長変換部材）４１の走査範囲を２次元的に走査照射され、波長変換部材４１で色相変換された出射光（疑似白色光）が投影レンズ４２の走査範囲に２次元的に走査照射されて投影レンズ４２で屈折制御された出射光が前方を２次元的に走査照射して面状に照らす。

このとき、上述したように、画像認識システムで前方に車両（対向車・先行車）の存在を検知すると、照射光がその検知領域を走査するタイミングに合わせてレーザー光源５を非点灯にして検知領域に向かう光を部分的に遮断し、それによって車両（対向車・先行車）のドライバーに眩惑を与えることなくハイビーム照射時と同様の視界を確保することができる。

尚、レーザー光源５から出射されたレーザービームの光源像を上記集光光学系１を通して集光して小さくした集光像を波長変換部材４１に形成することにより、車両前方に向けられる走査照射光の高解像度化が可能となって非照明領域を高精度で設定することができ、対向車・先行車のドライバーに対する眩惑を効果的に防止することができると共に自車のドライバーに対して良好な視認性を付与することができる。

また、車両の前方が鮮明な輪郭を有する走査照射光で面状に照射されるため、照射走査範囲において明るさのムラが少なく、この点からも自車のドライバーに対して良好な視認性を確保することができる。

ところで、上記光照射装置は、第１レンズ１０と第２レンズ２０の２つのバイコーニックレンズの組み合わせによって光学機能を果たすように構成したが、同様の光学機能を１つのバイコーニックレンズに持たせることも可能である。その場合、バイコーニックレンズの一方の面(例えば光入射面)を、短軸方向に広がるレーザービームを集光方向に屈折して長軸方向に広がるレーザービームに対しては接線が光線に対し垂直になるような曲面とすることで直進させる光学機能面とし、他方の面(例えば光出射面)を、短軸方向に広がるレーザービームに対しては平坦面もしくは、接線が光線に対し垂直になるような曲面とすることで直進させて長軸方向に向かうレーザービームを集光方向に屈折する光学機能面とし、バイコーニックレンズの上記一方の面がレーザー光源側に位置するように配置する。

換言すると、バイコーニックレンズの一方の面に上述の第１レンズ１０の光学機能を持たせ、バイコーニックレンズの他方の面に上述の第２レンズ２０の光学機能を持たせる。

これにより、レーザー光源から出射して短軸方向に向かうレーザービーム及びレーザー光源から出射して長軸方向に向かうレーザービームは、１つのバイコーニックレンズによって互いに干渉することなく同一位置に集光像を形成する。

車両用灯具に上記構成からなる光照射装置を用いることにより、光学レンズの削減による車両用灯具の低コスト化及び光路長の短縮による車両用灯具の小型化が実現できる。

１… 集光光学系
５… レーザー光源
１０… 第１レンズ
１１… 光入射面
１２… 光出射面
２０… 第２レンズ
２１… 光入射面
２２… 光出射面
３０… 集光像
３１… 集光像（実像）
３１´… 集光像（虚像）
３２… 集光位置（集光点）
４０… ＭＥＭＳの可動ミラー
４１… 波長変換部材
４２… 投影レンズ

Claims

レーザー光源と第１レンズ及び第２レンズの２つのバイコーニックレンズを有する光照射装置と、
可動ミラーと、
波長変換部材と、
前記波長変換部材からの出射光の配光制御を行う投影レンズとを備え、
前記レーザー光源、前記第１レンズ及び前記第２レンズは夫々の光軸が同一直線上に位置し、
前記レーザー光源は、出射されるレーザービームの光源像が互いに直交する方向に短軸と長軸を有し、
前記レーザー光源は光学特性として、短軸方向に向けて出射された前記レーザービームの拡散角は長軸方向の拡散角より広く、
前記第１レンズは、前記短軸方向に入射したレーザービームを集光方向に屈折させて出射すると共に前記長軸方向に入射したレーザービームをほぼ直進させて出射する光学機能面を有し、
前記第２レンズは、前記長軸方向に入射したレーザービームを集光方向に屈折させて出射すると共に前記短軸方向に入射したレーザービームをほぼ直進させて出射する光学機能面を有し、
前記第１レンズが前記第２レンズよりも前記レーザー光源側に位置し、
前記レーザー光源から出射して前記第１レンズを介して前記長軸方向に向かうレーザービームの方が、前記レーザー光源から出射して前記第２レンズを介して前記短軸方向に向かうレーザービームよりも倍率が小さくなり、前記第１レンズ及び前記第２レンズを介することで同一位置に小径化され且つ短軸の長さに対して長軸の長さが短縮された形状の集光像を形成し、
前記光照射装置による前記集光像が、前記可動ミラーによって前記波長変換部材に２次元的に走査照射され、前記波長変換部材で色相変換された光が前記投影レンズの走査範囲に２次元的に走査照射されて前記投影レンズで屈折制御された出射光が前方を２次元的に走査照射して面状に照らすことを特徴とする車両用前照灯。
前記第１レンズの長軸方向の断面における入射面の曲率と前記第１レンズの出射面の曲率は略同一であることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯。
前記第２レンズの第２光入射面が前記長軸および前記短軸の面に沿う平面で構成され、前記第２光出射面が前記短軸方向に延びる直線を前記長軸方向に沿って、前記長軸および前記短軸方向に直交する方向の前記第２光入射面と反対側に第１の曲率で凸状に移動した軌跡で構成され、前記第２光入射面と反対側に第２曲率で凸状となる２次曲面で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用前照灯。
レーザー光源と１つのバイコーニックレンズを有する光照射装置と、
可動ミラーと、
波長変換部材と、
前記波長変換部材からの出射光の配光制御を行う投影レンズとを備え、
前記レーザー光源と前記バイコーニックレンズは夫々の光軸が同一直線上に位置し、
前記レーザー光源は、出射されるレーザービームの光源像が互いに直交する方向に短軸と長軸を有し、
前記レーザー光源は光学特性として、短軸方向に向けて出射された前記レーザービームの拡散角は長軸方向の拡散角より広く、
前記バイコーニックレンズの一方の面は、前記短軸方向に向かうレーザービームを屈折して前記長軸方向に向かうレーザービームをほぼ直進させる光学機能面からなり、他方の面は、前記短軸方向に向かうレーザービームをほぼ直進させて前記長軸方向に向かうレーザービームを屈折する光学機能面からなり、
前記バイコーニックレンズの前記一方の面が前記他方の面よりも前記レーザー光源側に位置し、
前記バイコーニックレンズの前記一方の面を介して前記長軸方向に向かうレーザービームの方が、前記レーザー光源から出射して前記バイコーニックレンズの前記他方の面を介して前記短軸方向に向かうレーザービームよりも倍率が小さくなり、前記バイコーニックレンズを介することで同一位置に小径化され且つ短軸の長さに対して長軸の長さが短縮された形状の集光像を形成し、
前記光照射装置による前記集光像が、前記可動ミラーによって前記波長変換部材に２次元的に走査照射され、前記波長変換部材で色相変換された光が前記投影レンズの走査範囲に２次元的に走査照射されて前記投影レンズで屈折制御された出射光が前方を２次元的に走査照射して面状に照らすことを特徴とする車両用前照灯。