JP7164594B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、車両用灯具に関し、具体的には、照射する光の色のにじみを抑制し得る車両用灯具に関する。

車両用灯具の例として、自動車用ヘッドライトに代表する車両用前照灯が挙げられる。車両用前照灯は、夜間に前方を照らすためのロービームを少なくとも照射する構成とされている。このロービームの配光パターンを形成するために光源から出射する光の一部を遮蔽するシェードが用いられている。

下記特許文献１には、ホログラム素子と、このホログラム素子に参照光を照射する光源と、を備える車両用前照灯が記載されている。ホログラム素子は、参照光が照射されることで再生される回折光がロービームの配光パターンを形成するように計算されている。この車両用前照灯は、この様にホログラム素子によりロービームの配光パターンを形成するため、シェードが不要であり、小型化が可能であるとされる。

特開２０１２－１４６６２１号公報

上記特許文献１の車両用前照灯のホログラム素子には、光源から白色の参照光が入射して、その回折光によりロービームの配光パターンが形成される。白色光は複数の波長の光が合成されて成る光である。ところで、回折格子の一種であるホログラム素子は波長依存性を有している。従って、白色光に含まれる互いに異なる波長の光は、ホログラム素子により互いに異なる配光パターンとなる傾向がある。このため、上記特許文献１に記載の車両用前照灯によりロービームが照射される場合、ロービームの配光パターンの縁の近傍において、異なる色の光が浮き出る光のにじみが生じる傾向がある。

そこで、本発明は、照射する光の色のにじみを抑制し得る車両用灯具を提供することを目的とする。

上記目的の達成のため、本発明の車両用灯具は、所定の波長帯域の光を出射する光源と、前記光源から出射する光を所定の配光パターンとなるように回折する回折光学素子と、前記所定の配光パターンを形成する光のうち前記所定の配光パターンの外周部を形成する光の少なくとも一部を遮るシェードと、を備えることを特徴とする。

上記のように回折格子は一般的に回折方向に波長依存性を有するため、回折光学素子によって光を所定の配光パターンとなるように回折する場合、当該配光パターンの中心付近では複数の波長帯域の光が合成され易く、光の波長帯域が広くなり易い。一方、当該配光パターンの外周部では光の波長帯域が狭くなり易い傾向があり、上記のように光の色のにじみが生じ易い傾向がある。本発明の車両用灯具では、回折光学素子から出射する回折光によって形成される所定の配光パターンの外周部を形成する光の少なくとも一部をシェードが遮る。よって、上記のような光の色のにじみを生じさせる光の少なくとも一部がシェードによって遮られ、本発明の車両用灯具は、照射する光の色のにじみを抑制し得る。

また、前記シェードは、前記所定の配光パターンの全周に渡って前記配光パターンの外周部を形成する光を遮ることが好ましい。

シェードが配光パターンの全周に渡って光を遮ることによって、配光パターンの全周に渡って光の色のにじみが抑制され得る。

また、前記回折光学素子は前記所定の配光パターンを変更可能であることが好ましい。

回折光学素子が回折光によって形成される配光パターンを変更可能であることによって、一つの車両用灯具によって複数の配光パターンが形成され得る。

また、前記シェードは、前記所定の配光パターンの変化に応じて前記回折光学素子から出射する光を遮る位置が変化する構造を有することが好ましい。

回折光学素子から出射する回折光によって形成される配光パターンが変化すると、回折光学素子から出射する光のうち波長帯域が狭い光が生じる位置が変化し得る。上記のように回折光学素子から出射する光のうちシェードによって遮られる光が配光パターンの変化に応じて変わることによって、波長帯域が狭い光が生じる位置が変化する場合でもシェードによって当該波長帯域が狭い光を遮ることができる。よって、配光パターンが変化する前後において、車両用灯具から照射される光の色のにじみが抑制され得る。

また、前記シェードは、前記回折光学素子から出射する光が結像する位置に設けられることが好ましい。

回折光学素子から出射する光が結像する位置にシェードが設けられることによって、回折光学素子から出射する光のうち波長帯域が狭い光を遮るシェードを設計することが容易になる。

また、前記回折光学素子と前記シェードとの間にフーリエ変換レンズが設けられることが好ましい。

フーリエ変換レンズが設けられることによって、フーリエ変換レンズが設けられない場合に比べて、回折光学素子から出射する光による結像位置を回折光学素子側に近付けることができる。よって、回折光学素子とシェードとの間隔を小さくすることができ、車両用灯具が小型化され得る。

以上のように本発明によれば、照射する光の色のにじみを抑制し得る車両用灯具が実現され得る。

本発明の実施形態における車両用灯具を備える車両の概略を示す断面図である。 図１に示すシェードを回折光学素子側から見る概略図である。 配光パターンを示す図である。

以下、本発明に係る車両用灯具を実施するための形態が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。

まず、本実施形態の車両用灯具の構成について説明する。

図１は、本実施形態における車両用灯具を備える車両の概略を示す断面図である。本実施形態の車両用灯具は、車両用前照灯１であり、筐体１０及び灯具ユニット２０を備える。

筐体１０は、ランプハウジング１１、フロントカバー１２及びバックカバー１３を主な構成として備える。ランプハウジング１１の前方は開口しており、当該開口を塞ぐようにフロントカバー１２がランプハウジング１１に固定されている。また、ランプハウジング１１の後方には前方よりも小さな開口が形成されており、当該開口を塞ぐようにバックカバー１３がランプハウジング１１に固定されている。

ランプハウジング１１と、当該ランプハウジング１１の前方の開口を塞ぐフロントカバー１２と、当該ランプハウジング１１の後方の開口を塞ぐバックカバー１３とによって形成される空間は灯室Ｒであり、この灯室Ｒ内に灯具ユニット２０が収容されている。

灯具ユニット２０は、ヒートシンク３０と、冷却ファン４０と、光学系ユニット５０とを主な構成要素として備える。なお、灯具ユニット２０は、不図示の構成により筐体１０に固定されている。

ヒートシンク３０は、概ね水平方向に延在する金属製のベース板３１を有し、当該ベース板３１の下方の面側には複数の放熱フィン３２がベース板３１と一体に設けられている。冷却ファン４０は放熱フィン３２と隙間を隔てて配置され、ヒートシンク３０に固定されている。この冷却ファン４０の回転による気流によりヒートシンク３０は冷却される。

ヒートシンク３０におけるベース板３１の上面には光学系ユニット５０が配置されている。光学系ユニット５０は、光源５１と、コリメートレンズ５２と、回折光学素子５３と、フーリエ変換レンズ５４と、シェード５５と、投影レンズ５６と、カバー５９とを備える。

光源５１は、所定の波長帯域の光を出射する。すなわち、光源５１は、複数の波長の光を出射する。光源５１から出射される光は、回折光学素子５３に照射される。このような光源５１として用いることができる光源の種類は特に限定されないが、例えば白色光を出射するレーザ発信装置を光源５１として用いることができる。なお、光源５１は、複数の光源から出射される光を合成する構造を有していてもよい。例えば、光源５１は、複数のレーザ光源から出射される単色光を合成して白色光を出射するものであってもよい。

また、光学系ユニット５０は不図示の回路基板を有しており、光源５１は当該回路基板に実装されており、当該回路基板を介して光源５１に電力が供給される。

コリメートレンズ５２は、光源５１から出射する光のファスト軸方向、スロー軸方向をコリメートするレンズである。光のファスト軸方向をコリメートするコリメートレンズとスロー軸方向をコリメートするコリメートレンズとが個別に設けられていても良い。

回折光学素子５３は、コリメートレンズ５２から出射する光を所定の配光パターンとなるように回折する。本実施形態の回折光学素子５３は、光源５１から出射する光がロービームの配光パターンとなるようにコリメートレンズ５２から入射する光を回折する。この配光パターンには光度分布も含まれる。このため、本実施形態の回折光学素子５３は、回折光学素子５３から出射するレーザ光がロービームＬの配光パターンの外形と概ね相似形になると共にロービームＬの配光パターンの光度分布に基づいた光度分布となるように、コリメートレンズ５２から入射する光を回折する。こうして、回折光学素子５３からは、ロービームＬの配光パターンを形成する光が出射する。ただし、本実施形態の車両用前照灯１では後述するようにロービームＬは投影レンズ５６を介して照射されるため、回折光学素子５３によって形成される配光パターンは、車両用前照灯１から照射されるロービームＬの配光パターンに対して上下反転されている。

フーリエ変換レンズ５４は回折光学素子５３とシェード５５との間に設けられる凸レンズである。このようにフーリエ変換レンズ５４が設けられることによって、フーリエ変換レンズ５４が設けられない場合に比べて、回折光学素子５３から出射する光による結像位置を回折光学素子５３側に近付けることができる。よって、回折光学素子５３とシェード５５との間隔を小さくすることができ、車両用前照灯１が小型化され得る。

シェード５５は、回折光学素子５３と投影レンズ５６との間に配置される。また、シェード５５は、回折光学素子５３から出射する回折光によって形成される所定の配光パターンのうち外周部を形成する光の少なくとも一部の光を遮る。本実施形態のシェード５５は、回折光学素子５３から出射する回折光によって形成される所定の配光パターンの全周に渡って当該配光パターンの外周部を形成する光を遮る。

また、本実施形態のシェード５５は、配光パターンの外周部において、光源５１が出射する所定の波長帯域の光を構成する光のうち一部の波長帯域の光のみが照射される領域を遮る。例えば、車両用前照灯１から照射される光を白色光とすることを望む場合、光源５１が出射する光は白色光とされ、シェード５５は白色光を構成する光のうち一部の波長帯域である赤色、青色、緑色等の一部の波長の光のみが照射される領域を遮る。

図２は、図１に示すシェード５５を回折光学素子５３側から見る概略図である。シェード５５は、中心部に開口５５Ｈを有する板状体である。本実施形態の開口５５Ｈは、ロービームＬの配光パターンに対して上下反転された形状に形成されている。シェード５５がこのように形成されることによって、以下に説明するように、シェード５５は回折光学素子５３から出射する光の一部を遮ると共に、他の一部の光は開口５５Ｈを通って投影レンズ５６に入射する。

回折光学素子５３によって回折された光のうち波長の長い光は広がり易い傾向にある。よって、光源５１が白色光を出射する場合、例えば、図２に示すように、赤色の光は二点鎖線で示した領域５５Ｒに照射され、緑色の光は一点鎖線で示した領域５５Ｇに照射され、青色の光は点線で示した領域５５Ｂに照射される。このようにして、赤色の光、緑色の光、及び青色の光はシェード５５によって遮られる。一方、白色光の一部はシェード５５によって遮られ、他の一部は開口５５Ｈを透過する。すなわち、本実施形態のシェード５５は、光源５１が出射する光の波長帯域と同じ波長帯域の光が照射される領域の一部も遮る。

また、本実施形態のシェード５５は、回折光学素子５３から出射する光が結像する位置に設けられる。すなわち、本実施形態ではフーリエ変換レンズ５４が設けられるため、シェード５５は、フーリエ変換レンズ５４の焦点位置に設けられる。

投影レンズ５６は非球面平凸レンズであり、回折光学素子５３から出射する光が入射する側の面である入射面５６ｉは平面状であり、当該光が出射する側の面である出射面５６ｏは当該光の出射方向側に膨らむ凸面状である。このような投影レンズ５６は、後側焦点を含む焦点面である後側焦点面上に形成される光源像を反転像として投影する。従って、回折光学素子５３からの回折光による結像位置または当該結像位置の近傍と投影レンズ５６の後側焦点面とが重ねられることによって、当該結像位置に形成される配光パターンの光が反転されて投影レンズ５６から投影される。本実施形態では上記のようにシェード５５が回折光学素子５３からの光の結像位置に設けられるため、本実施形態のシェード５５は、投影レンズ５６の後側焦点面上または当該後側焦点面の近傍に設けられる。

カバー５９は、ヒートシンク３０のベース板３１上に固定されている。カバー５９は概ね矩形の形状をしており、例えばアルミニウム等の金属から成る。カバー５９の内側の空間には、光源５１、コリメートレンズ５２、回折光学素子５３、フーリエ変換レンズ５４、シェード５５、投影レンズ５６が配置されている。ただし、カバー５９の前方には開口５９Ｈが形成され、開口５９Ｈにおいて投影レンズ５６の出射面５６ｏが露出している。なお、カバー５９の内壁は、黒アルマイト加工等による光吸収性とされることが好ましい。カバー５９の内壁が光吸収性とされることで、意図しない反射や屈折等によりカバー５９の内壁に照射された光が反射して開口５９Ｈから意図しない方向に出射することを抑制することができる。

次に車両用前照灯１による光の出射について説明する。

まず不図示の電源から電力が供給されることで、光源５１から光が出射する。この光は、コリメートレンズ５２でコリメートされた後、回折光学素子５３に入射する。そして、回折光学素子５３に入射した光は、所定の配光パターンが形成されるように回折され、フーリエ変換レンズ５４を介してシェード５５側に出射される。シェード５５は、回折光学素子５３から出射する光のうち上記所定の配光パターンの外周部を形成する光の少なくとも一部を遮る。シェード５５によって遮られなかった光の少なくとも一部は投影レンズ５６に入射し、投影レンズ５６及びフロントカバー１２を透過して車両用前照灯１の外側に向けて照射される。なお、回折光学素子５３によって形成される配光パターンは、外形がロービームＬの外形と概ね相似形で上下反転した形状とされ、投影レンズ５６から出射される光は、ロービームＬの配光パターンとされる。

図３は夜間照明用の配光パターンを示す図であり、具体的には、図３（Ａ）はロービームの配光パターンを示す図であり、図３（Ｂ）はハイビームの配光パターンを示す図である。図３においてＳは水平線を示し、配光パターンが太線で示される。図３（Ａ）に示される夜間照明用の配光パターンであるロービームＬの配光パターンのうち、領域ＬＡ１は最も光度が高い領域であり、領域ＬＡ２、領域ＬＡ３の順に光度が低くなる。つまり、回折光学素子５３は、光源５１から出射される光をロービームＬの光度分布を含む配光パターンを形成するように回折するのである。なお、図３において破線で示すように、ロービームＬが照射される位置よりも上方にロービームＬよりも光度の低い光が車両用前照灯１から照射されても良い。この光は、標識視認用の光ＯＨＳとされる。この場合、回折光学素子５３から出射される回折光に当該標識視認用の光ＯＨＳが含まれていることが好ましい。また、この場合、ロービームＬと標識視認用の光ＯＨＳとで、夜間照明用の配光パターンが形成されると理解することができる。なお、夜間照明用の配光パターンは、夜間のみに用いられるものではなく、トンネル等の暗所においても使用される。

以上説明したように、本実施形態の車両用前照灯１は、所定の波長帯域の光を出射する光源５１と、光源５１から出射する光を所定の配光パターンとなるように回折する回折光学素子５３と、当該配光パターンを形成する光のうち当該配光パターンの外周部を形成する光の少なくとも一部を遮るシェード５５と、を備える。

上記のように回折格子は一般的に回折方向に波長依存性を有するため、回折光学素子５３によって光を所定の配光パターンとなるように回折する場合、当該配光パターンの中心付近では複数の波長帯域の光が合成され易く、光の波長帯域が広くなり易い。一方、当該配光パターンの外周部では光の波長帯域が狭くなり易い傾向があり、上記のように光の色のにじみが生じ易い傾向がある。本実施形態の車両用前照灯１では、回折光学素子５３から出射する回折光によって形成される所定の配光パターンの外周部を形成する光の少なくとも一部をシェード５５が遮る。よって、上記のような光の色のにじみを生じさせる光の少なくとも一部がシェード５５によって遮られ、本実施形態の車両用前照灯１は、照射する光の色のにじみを抑制し得る。

また、本実施形態のシェード５５は、回折光学素子５３から出射する回折光によって形成される所定の配光パターンの全周に渡って当該配光パターンの外周部を形成する光を遮る。よって、当該配光パターンの全周に渡って光の色のにじみが抑制され得る。

また、本実施形態のシェード５５は、回折光学素子５３から出射する光が結像する位置に設けられる。回折光学素子５３から出射する光が結像する位置にシェード５５が設けられることによって、回折光学素子５３から出射する光のうち波長帯域が狭い光を遮るシェード５５を設計することが容易になる。

また、本実施形態の車両用前照灯１では、光源５１、回折光学素子５３、及び投影レンズ５６は直線上に配置される。そのため、所定の配光パターンを形成する光に光路差が生じることが抑制され、所望の配光パターンを形成することが容易になり得る。

以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、ロービームＬを出射する車両用前照灯１を例に挙げて説明したが、本発明の車両用灯具は、ハイビームＨを出射するものとされても良い。その場合、図３（Ｂ）に示される夜間照明用の配光パターンであるハイビームＨの配光パターンの光が照射される。なお、図３（Ｂ）のハイビームＨの配光パターンのうち、領域ＨＡ１は最も光度が高い領域であり、領域ＨＡ２は領域ＨＡ１よりも光度が低い領域である。つまり、回折光学素子５３は、光源５１から出射された光がハイビームＨの光度分布を含む配光パターンを形成するように光を回折するのである。

また、上記実施形態では、回折光学素子５３から出射する回折光が結像して形成される配光パターンが所定の一つの配光パターンである例を挙げて説明した。しかし、回折光学素子５３は、回折光によって形成される配光パターンを自在に変更し得るものであってもよい。すなわち、回折光学素子５３は配光パターンを変更可能であってもよい。このような回折光学素子５３は、例えば、それぞれ独立して電位が制御される複数の画素電極を表面に有するＳｉ基板、透明電極、及び画素電極と透明電極とに挟まれる液晶層を備えてなる。この場合、複数の画素電極の電位がそれぞれ独立して制御されることによって、回折光学素子５３から出射する回折光が結像して形成される配光パターンが自在に変更され得る。このように回折光学素子５３が回折光によって形成される配光パターンを変更可能であることによって、一つの車両用前照灯１によって複数の配光パターンが形成され得る。例えば、一つの車両用前照灯１によってロービームＬの配光パターンとハイビームＨの配光パターンとが形成され得る。

また、上記実施形態のシェード５５は、回折光学素子５３から出射する光のうち、光源５１が出射する光の波長帯域よりも狭い波長帯域の光のみが照射される領域を全て遮る。しかし、シェード５５は、回折光学素子５３から出射する回折光によって形成される所定の配光パターンのうち外周部を形成する光の少なくとも一部の光を遮ればよい。よって、例えば、シェード５５は、回折光学素子５３から出射する光のうち光源５１が出射する光の所定の波長帯域よりも狭い波長帯域の光の少なくとも一部を遮ればよい。すなわち、シェード５５は、回折光学素子５３から出射する光のうち光源５１が出射する光の波長帯域よりも狭い波長帯域の光のみが照射される領域の少なくとも一部を遮ればよい。この場合、光源５１が出射する光の波長帯域よりも狭い波長帯域の光のみが照射される領域の他の一部はシェード５５によって遮られなくてもよい。例えば、光源５１が白色光を出射する場合、回折光学素子５３から出射する光によって形成される配光パターンの最も外側の赤色の光のみが照射される領域はシェード５５によって遮られ、当該領域よりも配光パターンの内側である青色の光のみが照射される領域はシェード５５によって遮られなくてもよい。

また、上記のように回折光学素子５３が配光パターンを変更可能である場合、シェード５５は、配光パターンの変化に応じて回折光学素子５３から出射する光を遮る位置が変化する構造を有することが好ましい。このようなシェードは５５、例えば液晶シャッターによって構成される。回折光学素子５３から出射する光によって形成される配光パターンが変化すると、回折光学素子５３から出射する光のうち波長帯域が狭い光が生じる位置が変化し得る。上記のように回折光学素子５３から出射する光のうちシェード５５によって遮られる光が配光パターンの変化に応じて変わることによって、波長帯域が狭い光が生じる位置が変化する場合でもシェード５５によって当該波長帯域が狭い光を遮ることができる。よって、配光パターンが変化する前後において、車両用前照灯１から照射される光の色のにじみが抑制され得る。

また、上記実施形態では、光源５１、回折光学素子５３、及び投影レンズ５６が直線上に配置される例を挙げて説明したが、光源５１、回折光学素子５３、及び投影レンズ５６は非直線上に配置されてもよい。例えば、光源５１、回折光学素子５３、及び投影レンズ５６は非直線上に配置され、光源５１からの光を屈折または反射させることによって投影レンズ５６側に出射するように回折光学素子５３が構成されてもよい。

また、本発明の車両用灯具は、車両用前照灯に限定されず、例えば、車両の外部に文字や図形等を表示する描画ランプとされてもよい。

また、上記実施形態では、光源５１から白色光が出射される例を挙げて説明したが、光源５１から出射される光の色は特に限定されない。上記のように本発明の車両用灯具は車両用前照灯に限定されず描画ランプ等であってもよく、本発明の車両用灯具が描画ランプ等とされる場合、本発明の車両用灯具から出射される光は白色光でなくてもよい。光源５１から出射される光の色は、本発明の車両用灯具から出射させたい光の色に応じて選択され得る。ただし、白色光のように波長帯域が広い光が光源５１から出射される場合、光の色のにじみが抑制される効果がより顕著になり得る。

本発明によれば、照射する光の色のにじみを抑制し得る車両用灯具が提供され、自動車等の車両用前照灯の分野などにおいて利用可能である。

１・・・車両用前照灯
１０・・・筐体
２０・・・灯具ユニット
３０・・・ヒートシンク
４０・・・冷却ファン
５１・・・光源
５３・・・回折光学素子
５４・・・フーリエ変換レンズ
５５・・・シェード
５６・・・投影レンズ

Claims (11)

1. 所定の波長帯域の光を出射する光源と、
   前記光源から出射する光を所定の配光パターンとなるように回折する回折光学素子と、
   前記所定の配光パターンを形成する光のうち前記所定の配光パターンの外周部を形成する光の少なくとも一部を遮るシェードと、
   を備え、
   前記回折光学素子は、前記所定の配光パターンを変更可能であり、
   前記シェードは、前記所定の配光パターンの変化に応じて前記回折光学素子から出射する光を遮る位置が変化する構造を有する
   ことを特徴とする車両用灯具。
2. 所定の波長帯域の光を出射する光源と、
   前記光源から出射する光を所定の配光パターンであるロービームの配光パターンとなるように回折する回折光学素子と、
   前記所定の配光パターンを形成する光のうち前記所定の配光パターンの外周部を形成する光の少なくとも一部を遮るシェードと、
   を備える
   ことを特徴とする車両用灯具。
3. 前記回折光学素子は前記所定の配光パターンを変更可能である
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具。
4. 前記シェードは、前記所定の配光パターンの変化に応じて前記回折光学素子から出射する光を遮る位置が変化する構造を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両用灯具。
5. 前記シェードは、前記所定の配光パターンの全周に渡って前記配光パターンの外周部を形成する光を遮る
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の車両用灯具。
6. 所定の波長帯域の光を出射する光源と、
   前記光源から出射する光を所定の配光パターンとなるように回折する回折光学素子と、
   前記所定の配光パターンを形成する光のうち前記所定の配光パターンの外周部において、前記所定の波長帯域のうちの一部の波長帯域でにじみを生じさせる光の少なくとも一部を遮るシェードと、
   を備える
   ことを特徴とする車両用灯具。
7. 前記シェードは、前記所定の配光パターンの全周に渡って前記にじみを生じさせる光を遮る
   ことを特徴とする請求項６に記載の車両用灯具。
8. 前記回折光学素子は前記所定の配光パターンを変更可能である
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の車両用灯具。
9. 前記シェードは、前記所定の配光パターンの変化に応じて前記回折光学素子から出射する光を遮る位置が変化する構造を有する
   ことを特徴とする請求項８に記載の車両用灯具。
10. 前記シェードは、前記回折光学素子から出射する光が結像する位置に設けられる
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の車両用灯具。
11. 前記回折光学素子と前記シェードとの間にフーリエ変換レンズが設けられる
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の車両用灯具。

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