JPWO2005080859A1 - 車両用ヘッドライト及び車両運転支援装置 - Google Patents
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Abstract
車両用ヘッドライトにおいて、その配光分布をきめ細かに素早く制御させる。このために、バルブ２０の前方に球面鏡２１を配置し、前方へ出た光を後方へ反射させる。そして反射される領域に複数の可動ミラーが配置された可動ミラーアレイ５０を置く。可動ミラーアレイ５０や、反射鏡体２２を反射した光は、凸レンズ２３を通過して、前方へ配光される。配置された可動ミラーアレイ５０の個々の可動ミラーの回転角度を独立して制御することで、所望のきめ細かな配光ができる。
Description
本発明は車両用ヘッドライト及び車両運転支援装置に関する。
自動車の夜間走行時における安全性向上のため、ステアリングに連動して進行方向に向けて配光制御する車両用ヘッドライトがある。さらに、車載センサと配光制御ヘッドライトとを組み合わせ、車載センサで道路状況を認識することで、ヘッドライトの配光を自動的に制御する車両運転支援装置が、例えば特許第２９５１１８４号公報で提案されている。
しかしながら、上記公報記載のものでは、照射光の一部をカーブの白線に沿って左右に変化させるのみで、道路状況に応じたきめ細かな配光制御に関して考慮されていない。また、照射光を左右に変化させる副反射鏡のアクチュエータとしてモータが使われているが、副反射鏡自体が大きいために動作時間が長くなり、大きな収容スペースも必要となる。さらに駆動機構自体が複雑となる問題がある。
本発明の主たる目的は、車両用ヘッドライトの配光分布をきめ細かに素早く制御させるために、副反射鏡を、独立して動く複数の可動ミラーで構成することにより実現させるものである。即ち、光源と、光源からの光源光を前方へ照射させるための反射鏡で構成された車両用ヘッドライトにおいて、光源からの光を互いに遮らないように、独立して任意に動く複数の可動ミラーと、複数の可動ミラーの外側に固定ミラーを配置して、前記反射鏡を構成したことを特徴とする、車両用ヘッドライト及びそれを用いた車両運転支援装置を提供することにある。
また、車両の周囲状況を検出するセンサと、車両の動作状況を検出するセンサからの出力により、前記車両の周囲状況及び車両の動作状況に最適な車両用ヘッドライトの配光制御を行うことを特徴とする、車両用ヘッドライト及び車両運転支援装置を提供することにある。
さらには、前方の歩行者やドライバーに眩しさを感じさせずに、センサ（特にＣＣＤカメラ）の感度を確保する構成を提供することにある。
上記目的は、光源と、光源からの光源光を前方へ照射させるための反射鏡で構成された車両用ヘッドライトにおいて、光源からの光を互いに遮らないように、独立して任意に動く複数の可動ミラーと、複数の可動ミラーの外側に固定ミラーを配置して、前記反射鏡を構成することで達成できる。
また、前記可動ミラーは、直交する二軸の方向に各々動かすことで達成できる。。
また、前記可動ミラーは、ミラー部とミラー部を取り囲むようにして配置した枠とを接続する第一の梁と、前記枠と前記枠の外側にある基板とを接続する第二の梁で構成し、前記第一の梁と第二の梁は各々直交する回転軸をなし、前記枠と梁と基板は光を反射させることで達成できる。
また、前記可動ミラーの裏面が、軟磁性体、永久磁石、またはコイルの何れかで形成され、前記ミラー部の裏面に対向した位置にステータコイルを複数設け、ミラーとステータコイル間の電磁力を制御することで、前記可動ミラーを直交する二軸の方向に任意の角度で動かすことで達成できる。
また、前記可動ミラーの動きにより、前記車両用ヘッドライトの配光分布を任意に可変することで達成できる。
また、前記車両用ヘッドライトの光源に高輝度放電灯を用いて、前記可動ミラーの動きにより、前記車両用ヘッドライトの調光を行うことで達成できる。
また、前記可動ミラーは、前記光源からの可視光を透過し、かつ前記光源からの赤外光を反射する機能を有し、他のミラーと独立して制御することで、可視光と赤外光を各々独立して配光制御することで達成できる。
また、車両の周囲状況を検出するセンサと、車両の動作状況を検出するセンサからの出力により、前記車両の周囲状況及び動作状況に最適な車両用ヘッドライトの配光制御を行うことで達成できる。
以上の如く、本発明によれば、光源と、光源からの光源光を前方へ照射させるための反射鏡で構成された車両用ヘッドライトにおいて、光源からの光を互いに遮らないように、独立して任意に動く複数の可動ミラーと、複数の可動ミラーの外側に固定ミラーを配置して、前記反射鏡を構成することで、車両用ヘッドライトの配光分布をきめ細かに素早く制御できるようになる。
また、本発明よれば、車両の周囲状況を検出するセンサと、車両の動作状況を検出するセンサからの出力により、前記車両の周囲状況及び車両の動作状況に最適な配光制御ができる車両用ヘッドライト及び車両運転支援装置を実現できる。
さらに、本発明によれば、前方の歩行者やドライバーに眩しさを感じさせずに、センサ（特にＣＣＤカメラ）の感度を確保できる。
本発明の主たる目的は、車両用ヘッドライトの配光分布をきめ細かに素早く制御させるために、副反射鏡を、独立して動く複数の可動ミラーで構成することにより実現させるものである。即ち、光源と、光源からの光源光を前方へ照射させるための反射鏡で構成された車両用ヘッドライトにおいて、光源からの光を互いに遮らないように、独立して任意に動く複数の可動ミラーと、複数の可動ミラーの外側に固定ミラーを配置して、前記反射鏡を構成したことを特徴とする、車両用ヘッドライト及びそれを用いた車両運転支援装置を提供することにある。
また、車両の周囲状況を検出するセンサと、車両の動作状況を検出するセンサからの出力により、前記車両の周囲状況及び車両の動作状況に最適な車両用ヘッドライトの配光制御を行うことを特徴とする、車両用ヘッドライト及び車両運転支援装置を提供することにある。
さらには、前方の歩行者やドライバーに眩しさを感じさせずに、センサ（特にＣＣＤカメラ）の感度を確保する構成を提供することにある。
上記目的は、光源と、光源からの光源光を前方へ照射させるための反射鏡で構成された車両用ヘッドライトにおいて、光源からの光を互いに遮らないように、独立して任意に動く複数の可動ミラーと、複数の可動ミラーの外側に固定ミラーを配置して、前記反射鏡を構成することで達成できる。
また、前記可動ミラーは、直交する二軸の方向に各々動かすことで達成できる。。
また、前記可動ミラーは、ミラー部とミラー部を取り囲むようにして配置した枠とを接続する第一の梁と、前記枠と前記枠の外側にある基板とを接続する第二の梁で構成し、前記第一の梁と第二の梁は各々直交する回転軸をなし、前記枠と梁と基板は光を反射させることで達成できる。
また、前記可動ミラーの裏面が、軟磁性体、永久磁石、またはコイルの何れかで形成され、前記ミラー部の裏面に対向した位置にステータコイルを複数設け、ミラーとステータコイル間の電磁力を制御することで、前記可動ミラーを直交する二軸の方向に任意の角度で動かすことで達成できる。
また、前記可動ミラーの動きにより、前記車両用ヘッドライトの配光分布を任意に可変することで達成できる。
また、前記車両用ヘッドライトの光源に高輝度放電灯を用いて、前記可動ミラーの動きにより、前記車両用ヘッドライトの調光を行うことで達成できる。
また、前記可動ミラーは、前記光源からの可視光を透過し、かつ前記光源からの赤外光を反射する機能を有し、他のミラーと独立して制御することで、可視光と赤外光を各々独立して配光制御することで達成できる。
また、車両の周囲状況を検出するセンサと、車両の動作状況を検出するセンサからの出力により、前記車両の周囲状況及び動作状況に最適な車両用ヘッドライトの配光制御を行うことで達成できる。
以上の如く、本発明によれば、光源と、光源からの光源光を前方へ照射させるための反射鏡で構成された車両用ヘッドライトにおいて、光源からの光を互いに遮らないように、独立して任意に動く複数の可動ミラーと、複数の可動ミラーの外側に固定ミラーを配置して、前記反射鏡を構成することで、車両用ヘッドライトの配光分布をきめ細かに素早く制御できるようになる。
また、本発明よれば、車両の周囲状況を検出するセンサと、車両の動作状況を検出するセンサからの出力により、前記車両の周囲状況及び車両の動作状況に最適な配光制御ができる車両用ヘッドライト及び車両運転支援装置を実現できる。
さらに、本発明によれば、前方の歩行者やドライバーに眩しさを感じさせずに、センサ（特にＣＣＤカメラ）の感度を確保できる。
第１図は本発明の固定ミラーに配置された複数の可動ミラーの正面図である。
第２図は本発明の第一実施例を示す可動ミラーの電磁アクチュエータ構造図である。
第３図は本発明の第二実施例を示す可動ミラーの電磁アクチュエータ構造図である。
第４図は本発明の第三実施例を示す可動ミラーの電磁アクチュエータ構造図である。
第５図は本発明の第一実施例を示す車両用ヘッドライトの構造図である。
第６図は本発明の第二実施例を示す車両用ヘッドライトの構造図である。
第７図は本発明の第三実施例を示す車両用ヘッドライトの構造図である。
第８図は本発明で得られる車両用ヘッドライトの配光分布である。
第９図は本発明で得られる車両用ヘッドライトの配光分布（ハイビーム）である。
第１０図は本発明で得られる車両用ヘッドライトの配光分布である。
第１１図は本発明で得られる車両用ヘッドライトの配光分布である。
第１２図は本発明で得られる車両用ヘッドライトの配光分布である。
第１３図は本発明の車両用ヘッドライト及びそれを用いた車両運転支援装置のシステム図である。
第２図は本発明の第一実施例を示す可動ミラーの電磁アクチュエータ構造図である。
第３図は本発明の第二実施例を示す可動ミラーの電磁アクチュエータ構造図である。
第４図は本発明の第三実施例を示す可動ミラーの電磁アクチュエータ構造図である。
第５図は本発明の第一実施例を示す車両用ヘッドライトの構造図である。
第６図は本発明の第二実施例を示す車両用ヘッドライトの構造図である。
第７図は本発明の第三実施例を示す車両用ヘッドライトの構造図である。
第８図は本発明で得られる車両用ヘッドライトの配光分布である。
第９図は本発明で得られる車両用ヘッドライトの配光分布（ハイビーム）である。
第１０図は本発明で得られる車両用ヘッドライトの配光分布である。
第１１図は本発明で得られる車両用ヘッドライトの配光分布である。
第１２図は本発明で得られる車両用ヘッドライトの配光分布である。
第１３図は本発明の車両用ヘッドライト及びそれを用いた車両運転支援装置のシステム図である。
第１図に、本発明の車両用ヘッドライトで用いる、固定ミラーに配置された複数の可動ミラーを示す正面図を示す。図では、可動ミラー１が４×４枚の配置で示されている。可動ミラー１は、回転軸に沿って２個配置されている梁２と、その外側を取り囲むように配置された枠３とに接続され、さらに枠３と、前記回転軸と直角の回転軸に２個配置された梁４と固定ミラー１０とが接続されている。こうすることで、可動ミラー１は、梁２に沿った回転軸、また梁３に沿った回転軸に対し、言わば二軸回転が可能な構造となっている。梁２、４、及び枠３も含んだミラー基板としては、鉄やニッケル等の軟磁性体、またシリコン結晶を用いる。そしてミラー面として高い反射率を有する金属薄膜（金やアルミ等）を、上記基板に蒸着させることで形成する。
第２図は、可動ミラー１の電磁アクチュエータ構造を示す第一実施例である。第２図（ａ）が正面図、第２図（ｂ）が第２図（ａ）中のＡＡ断面図である。先ず、鉄やニッケルなどの軟磁性体で固定ミラー１０及び可動ミラー１を製作する。次に、鉄心と鉄心に巻き回された銅線で製作されたステータコイル７をステータ基板５上に配置する。そして、可動ミラー１の直下にステータコイル７が対向するように、固定ミラー１０とステータ基板５との間にスペーサ６を挟み込んで組み立てる。そして、ステータコイル７を励磁されることで、可動ミラー１とステータコイル７との間で吸引力を発生させ、その吸引力と梁２、４の捻り剛性による反発力との釣り合いに応じて、可動ミラー１を任意角で回転させるようにしている。
回転方向は下記のように制御する。第２図（ａ）中、梁２を回転軸とした場合、矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ｄ及び７ｃを励磁させる。半矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ａ及び７ｂを励磁させる。一方、梁４を回転軸とした場合、矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ｂ及び７ｃを励磁させる。半矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ａ、７ｄを励磁させる。なお、第２図の場合、ステータコイルの磁極は基本的には任意でも良いが、吸引力を増すためには、回転時に励磁する一対のステータコイルから発生する磁束を、可動ミラーに効率良く流した方が良い。したがって、一対のステータコイルの磁極は各々Ｎ、Ｓ極とした方が良い。
第３図は、可動ミラー１の電磁アクチュエータ構造を示す第二実施例である。第３図（ａ）が正面図、第３図（ｂ）が第３図（ａ）中に示すＡＡ断面図である。基本的な構造は第２図と同じであるが、可動ミラー１の裏面に永久磁石８を形成している。永久磁石８は、例えば薄板成形された永久磁石を可動ミラー１の裏面に固着させる方法や、永久磁石化合物をスパッタリングで形成させる方法がある。こうすることで、可動ミラー１とステータコイル７との吸引力が第２図の場合と比して増大するため、例えば梁２、４の捻り剛性を大きくすることで、可動ミラー１の共振周波数を上げることができる。また第２図の場合と同等の力で十分な場合は、ステータコイル７への励磁電流を減らすことができ、ステータコイル７の小型化や省電力化が図れる。さらにミラー基板として、磁性体ではないが、微細加工に適しているシリコン基板を用いることが可能である。
可動ミラー１の回転方向は下記のように制御する。ここで、ステータコイル７と対向する永久磁石８の磁極をＮ極とする。第３図（ａ）中、梁２を回転軸とした場合、矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ｄ及び７ｃをＳ極に励磁させて、吸引力を生じさせる。さらに回転角を増やす場合は、ステータコイル７ａ及び７ｂをＮ極に励磁させ、反発力を生じさせる。これら吸引力と反発力との合成により、可動ミラー１のトルクを増やすことができる。半矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ａ及び７ｂをＳ極に励磁させる共に、ステータコイル７ｄ及び７ｃをＮ極に励磁させても良い。一方、梁４を回転軸とした場合、矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ｂ及び７ｃをＳ極に励磁させると共に、ステータコイル７ａ及び７ｄをＮ極に励磁させても良い。半矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ａ及び７ｄをＳ極に励磁させると共に、ステータコイル７ｂ及び７ｃをＮ極に励磁させても良い。
第４図は、可動ミラー１の電磁アクチュエータ構造を示す第三実施例である。第４図（ａ）が正面図、第４図（ｂ）が第４図（ａ）中に示すＡＡ断面図である。基本的な構造は第２図、第３図と同じであるが、可動ミラー１の裏面にコイル９を形成し、コイル９にも励磁電流を流すことで、可動ミラー１とステータコイル７との吸引力を上昇させる。この実施例は、可動ミラー１とステータコイル７との吸引力を大きくする目的で、第３図で示した永久磁石を用いると、光源からの輻射熱の影響で、永久磁石の耐熱温度（概ね１５０℃）を越えて急激に減磁し、吸引性能が低下するおそれがある場合に有効である。コイル９は、例えばシリコン基板を用いてミラーを形成した場合、銅のスパッタリングによりコイル配線を形成する。また、コイル９への給電線は、梁２、枠３、梁４を伝って形成する。こうすることで、コイル９に形成させる銅線に用いる絶縁材の耐熱温度（最高で２００℃程）までの条件下において、可動ミラー１とステータコイル７との吸引力を増やすことが可能である。可動ミラー１の制御方法は第４図と同等である。
第５図は、第１図で示した固定ミラーに配置された複数の可動ミラーを用いて、配光制御を行う車両用ヘッドライトの第一実施例である。第５図（ａ）が側面図、第５図（ｂ）が正面図である。きめ細かに配光制御できる車両用ヘッドライトを構成するためには、光源からの照射光を効率良く、複数の可動ミラーに集める必要がある。したがって、第５図（ａ）に示すように、バルブ２０から放射される光の内、前方に出る光は直接配光制御ができないため、バルブ２０の前方に球面鏡２１を配置することで、前方へ出た光を後方へ反射させる。そして反射される領域に複数の可動ミラーが配置された可動ミラーアレイ５０を置く。そして可動ミラーアレイ５０や、反射鏡体２２を反射した光は、凸レンズ２３を通過して、前方へ配光される。配置された可動ミラーアレイ５０の個々の可動ミラーの回転角度を独立して制御することで、所望のきめ細かな配光ができる。また、光源単独では調光できないディスチャージ型バルブにおいても、可動ミラーアレイ５０内の一部の可動ミラーを、前方への照射範囲外に回転させることで、調光可能となる。なお、万が一可動ミラーアレイ５０が故障した場合は、梁の捻り剛性で元の位置に戻り、基本的な配光パターン（ロービーム）に復帰できるようにする。なお、本実施例では、バルブ２０及び球面鏡２１を可動ミラーアレイ５０のほぼ中央に配置しているが、それらの位置をずらして、重点的に配光する領域を変更しても良い。
一方、冒頭で述べた車載センサの一種であるＣＣＤカメラは、人間の目で検知できない赤外光を検知できるため、赤外光を車両遠方に照射することで、遠方の状況をいち早く把握できる。そこで、可動ミラーアレイ５０内の可動ミラーの一部に波長選択膜（波長０．７８μｍ〜０．１ｍｍの赤外線を反射させ、波長０．３８〜０．７８μｍの可視光を透過）を形成することで、一つの光源で、可視、赤外光両方を独立して配光制御できる車両用ヘッドランプが実現できる。
以上の構成により、従来の配光制御ヘッドライトと比べ、小型できめ細かに素早く配光できる車両用ヘッドライトとなる。なお、本実施例ではミラー配置を４×４の正方形状としたが、さらにミラー数を増やせば、よりきめ細かな配光制御が可能である。また、正方形状でなく、円形に近い配置とすれば、光をより有効に利用できる。
可動ミラーアレイ５０を用いた車両用ヘッドライトの第二実施例を第６図に示す（第６図（ａ）は側面図、第６図（ｂ）は正面図）。第５図では可動ミラーアレイ５０を光源の後方近傍に配置し、球面鏡で可動ミラーアレイ５０へ集光させる構成であるが、第６図は、楕円鏡３０の第一焦点付近にバルブ３１を配置し、楕円鏡３０の第二焦点３２より若干離れた位置に、バルブ３１に沿う光軸に対して４５度の角度で可動ミラーアレイ５０を配置し、併せて可動ミラーアレイ５０に対して平行に平面鏡３３を配置する。可動ミラーアレイ５０及び平面鏡３３で反射された光は、凸レンズ３４を通過して、前方へ配光される。そして、可動ミラーアレイ５０の個々の可動ミラーの回転角度を独立して制御することにより、所望のきめ細かな配光ができる。
可動ミラーアレイ５０を用いた車両用ヘッドライトの第三実施例を第７図に示す（第７図（ａ）は側面図、第７図（ｂ）は正面図。但し透明カバー４２は図示せず）。この構成は、第５図、第６図で示したように光源近傍に可動ミラーアレイを配置せずに、従来のプロジェクタ型ヘッドライトから出る光を配光制御に利用するものである。プロジェクタ型ヘッドライト４０の前面に、プロジェクタ型ヘッドライト４０の光軸に対して４５度の角度で可動ミラーアレイ５０を配置し、併せて可動ミラーアレイ５０に対して平行に平面鏡４１を配置する。ここで可動ミラーアレイ５０は、光度が強く、配光制御の効果が高い領域に配置する必要がある（図中では２組配置）。可動ミラーアレイ５０及び平面鏡４１で反射された光は、防水、防塵用の透明カバー４２を通過して、前方へ配光される。作用としては第５図、第６図と同様であるが、この構成の特徴として、従来のプロジェクタ型ヘッドライトに可動ミラーアレイ５０と平面鏡４１とカバー４２を付加するだけで、配光制御可能な車両用ヘッドライトが実現できるため、大きな設計変更を要せず、コスト面で有利な点にある。また、第５図〜第７図で述べた車両用ヘッドライトの大きな利点として、車載部品は共振回避のため、ある共振周波数以上（例えば１００Ｈｚ以上）を有さなければいけないが、小型軽量の可動ミラーを用いることで、この制約条件をクリアできることが挙げられる。
以上述べた第５図〜第７図の車両用ヘッドライトで得られる車両用ヘッドライトの配光分布を第８図に示す。図中、横軸は水平方向、横軸は垂直方向であり、車両６０からのロービームの等光度分布（中心が最高光度帯）を示している。前述した可動ミラーアレイを動作させることで、最高光度帯６１を右上、または左上（６１’）に素旱く任意に照射できる。
本発明はロービームに限らずに、ハイビームでも適用できる。第９図に本発明で得られる車両用ヘッドライトの配光分布（ハイビーム）を示す。このパターンは高速走行時、ハイビーム設定（等光度分布７０）と併せて、左側に位置する道路標識等を迅速に照らすため、可動ミラーアレイを動作させ、左上にスポット部７１を照射させることができる。またこのスポット部は、前述したように、可動ミラーアレイの一部に、赤外、可視光の波長選択膜を有する可動ミラーにより、赤外光で照射することも可能である。
第８図、第９図は等光度分布が中心部から半径方向に同心円状に小さくなるパターンを示したが、等光度分布自体を任意に変更することができる。第１０図にその配光分布を示す。これは交通量の多い市街地を低速で走行する場合、ロービームにおいて、水平方向の下方部の幅方向を重点的に照射し、水平線方向に徐々に分布が付く配光分布８０を得るものである。こうすることで、道路上の白線や歩行者、側溝等を発見し易くなる。
第１１図は第１０図の変形である配光分布を示している。対向車や先行車が比較的少ない高速道路走行において、ロービームではあるが、高速度であるため、幅方向の配光分布を縮めることで全体的な光度を上げ（配光分布９０）、前方の認識性を高めることができる。
第１２図は、第１０図の配光パターン８０に加え、ある程度の範囲を遠方に照らす赤外光１００を配光分布８０の上部に重ね合わせた配光分布を示したものである。これは、前述したように、可動ミラーアレイの一部に、赤外、可視光の波長選択膜を有する可動ミラーを用いることにより実現できる。即ち、運転者は可視光の配光分布８０で手前の障害物を注視する一方、赤外線１００を遠方に照射させることで遠方の障害物をＣＣＤカメラによっていち早く認識出来るようにし、更なる安全運転を図るものである。
最後に、第１３図に本発明の車両用ヘッドライト及びそれを用いた車両運転支援装置のシステム図を示す。車載センサとして、車両前方の道路状況を捉えるＣＣＤカメラ１１０、車間を測定するレーダ装置１１１や光電センサ１１２、また車速検知部１１３や加速度センサ１１４からの信号が、ヘッドライト制御部１１９に入り、信号処理後、ヘッドライト１２０に搭載している可動ミラーアレイを制御する。具体的な状況例として、ＣＣＤカメラ１１０による白線や路肩、また歩行者の検知によるスポット的な照射や遠方の赤外光照射（第８図、第９図、第１２図）、そしてレーダ装置１１１や光電センサ１１２による車間検知により、配光分布の上下左右の可変（第１０図、第１１図）や調光が挙げられる。
さらにカーナビゲーション１１５、ビーコン１１６、ステアリング角度検知部１１７、方向指示器１１８からの信号をヘッドライト制御部１１９に取り込むことで、既知の道路状況に応じて確実に配光制御できること、また交差点の右左折時に進行方向に対して配光制御を確実に行えることで、車両の安全運転性向上及び運転者のヘッドライト操作軽減が図れる。
第２図は、可動ミラー１の電磁アクチュエータ構造を示す第一実施例である。第２図（ａ）が正面図、第２図（ｂ）が第２図（ａ）中のＡＡ断面図である。先ず、鉄やニッケルなどの軟磁性体で固定ミラー１０及び可動ミラー１を製作する。次に、鉄心と鉄心に巻き回された銅線で製作されたステータコイル７をステータ基板５上に配置する。そして、可動ミラー１の直下にステータコイル７が対向するように、固定ミラー１０とステータ基板５との間にスペーサ６を挟み込んで組み立てる。そして、ステータコイル７を励磁されることで、可動ミラー１とステータコイル７との間で吸引力を発生させ、その吸引力と梁２、４の捻り剛性による反発力との釣り合いに応じて、可動ミラー１を任意角で回転させるようにしている。
回転方向は下記のように制御する。第２図（ａ）中、梁２を回転軸とした場合、矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ｄ及び７ｃを励磁させる。半矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ａ及び７ｂを励磁させる。一方、梁４を回転軸とした場合、矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ｂ及び７ｃを励磁させる。半矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ａ、７ｄを励磁させる。なお、第２図の場合、ステータコイルの磁極は基本的には任意でも良いが、吸引力を増すためには、回転時に励磁する一対のステータコイルから発生する磁束を、可動ミラーに効率良く流した方が良い。したがって、一対のステータコイルの磁極は各々Ｎ、Ｓ極とした方が良い。
第３図は、可動ミラー１の電磁アクチュエータ構造を示す第二実施例である。第３図（ａ）が正面図、第３図（ｂ）が第３図（ａ）中に示すＡＡ断面図である。基本的な構造は第２図と同じであるが、可動ミラー１の裏面に永久磁石８を形成している。永久磁石８は、例えば薄板成形された永久磁石を可動ミラー１の裏面に固着させる方法や、永久磁石化合物をスパッタリングで形成させる方法がある。こうすることで、可動ミラー１とステータコイル７との吸引力が第２図の場合と比して増大するため、例えば梁２、４の捻り剛性を大きくすることで、可動ミラー１の共振周波数を上げることができる。また第２図の場合と同等の力で十分な場合は、ステータコイル７への励磁電流を減らすことができ、ステータコイル７の小型化や省電力化が図れる。さらにミラー基板として、磁性体ではないが、微細加工に適しているシリコン基板を用いることが可能である。
可動ミラー１の回転方向は下記のように制御する。ここで、ステータコイル７と対向する永久磁石８の磁極をＮ極とする。第３図（ａ）中、梁２を回転軸とした場合、矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ｄ及び７ｃをＳ極に励磁させて、吸引力を生じさせる。さらに回転角を増やす場合は、ステータコイル７ａ及び７ｂをＮ極に励磁させ、反発力を生じさせる。これら吸引力と反発力との合成により、可動ミラー１のトルクを増やすことができる。半矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ａ及び７ｂをＳ極に励磁させる共に、ステータコイル７ｄ及び７ｃをＮ極に励磁させても良い。一方、梁４を回転軸とした場合、矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ｂ及び７ｃをＳ極に励磁させると共に、ステータコイル７ａ及び７ｄをＮ極に励磁させても良い。半矢印方向に回転させる場合は、ステータコイル７ａ及び７ｄをＳ極に励磁させると共に、ステータコイル７ｂ及び７ｃをＮ極に励磁させても良い。
第４図は、可動ミラー１の電磁アクチュエータ構造を示す第三実施例である。第４図（ａ）が正面図、第４図（ｂ）が第４図（ａ）中に示すＡＡ断面図である。基本的な構造は第２図、第３図と同じであるが、可動ミラー１の裏面にコイル９を形成し、コイル９にも励磁電流を流すことで、可動ミラー１とステータコイル７との吸引力を上昇させる。この実施例は、可動ミラー１とステータコイル７との吸引力を大きくする目的で、第３図で示した永久磁石を用いると、光源からの輻射熱の影響で、永久磁石の耐熱温度（概ね１５０℃）を越えて急激に減磁し、吸引性能が低下するおそれがある場合に有効である。コイル９は、例えばシリコン基板を用いてミラーを形成した場合、銅のスパッタリングによりコイル配線を形成する。また、コイル９への給電線は、梁２、枠３、梁４を伝って形成する。こうすることで、コイル９に形成させる銅線に用いる絶縁材の耐熱温度（最高で２００℃程）までの条件下において、可動ミラー１とステータコイル７との吸引力を増やすことが可能である。可動ミラー１の制御方法は第４図と同等である。
第５図は、第１図で示した固定ミラーに配置された複数の可動ミラーを用いて、配光制御を行う車両用ヘッドライトの第一実施例である。第５図（ａ）が側面図、第５図（ｂ）が正面図である。きめ細かに配光制御できる車両用ヘッドライトを構成するためには、光源からの照射光を効率良く、複数の可動ミラーに集める必要がある。したがって、第５図（ａ）に示すように、バルブ２０から放射される光の内、前方に出る光は直接配光制御ができないため、バルブ２０の前方に球面鏡２１を配置することで、前方へ出た光を後方へ反射させる。そして反射される領域に複数の可動ミラーが配置された可動ミラーアレイ５０を置く。そして可動ミラーアレイ５０や、反射鏡体２２を反射した光は、凸レンズ２３を通過して、前方へ配光される。配置された可動ミラーアレイ５０の個々の可動ミラーの回転角度を独立して制御することで、所望のきめ細かな配光ができる。また、光源単独では調光できないディスチャージ型バルブにおいても、可動ミラーアレイ５０内の一部の可動ミラーを、前方への照射範囲外に回転させることで、調光可能となる。なお、万が一可動ミラーアレイ５０が故障した場合は、梁の捻り剛性で元の位置に戻り、基本的な配光パターン（ロービーム）に復帰できるようにする。なお、本実施例では、バルブ２０及び球面鏡２１を可動ミラーアレイ５０のほぼ中央に配置しているが、それらの位置をずらして、重点的に配光する領域を変更しても良い。
一方、冒頭で述べた車載センサの一種であるＣＣＤカメラは、人間の目で検知できない赤外光を検知できるため、赤外光を車両遠方に照射することで、遠方の状況をいち早く把握できる。そこで、可動ミラーアレイ５０内の可動ミラーの一部に波長選択膜（波長０．７８μｍ〜０．１ｍｍの赤外線を反射させ、波長０．３８〜０．７８μｍの可視光を透過）を形成することで、一つの光源で、可視、赤外光両方を独立して配光制御できる車両用ヘッドランプが実現できる。
以上の構成により、従来の配光制御ヘッドライトと比べ、小型できめ細かに素早く配光できる車両用ヘッドライトとなる。なお、本実施例ではミラー配置を４×４の正方形状としたが、さらにミラー数を増やせば、よりきめ細かな配光制御が可能である。また、正方形状でなく、円形に近い配置とすれば、光をより有効に利用できる。
可動ミラーアレイ５０を用いた車両用ヘッドライトの第二実施例を第６図に示す（第６図（ａ）は側面図、第６図（ｂ）は正面図）。第５図では可動ミラーアレイ５０を光源の後方近傍に配置し、球面鏡で可動ミラーアレイ５０へ集光させる構成であるが、第６図は、楕円鏡３０の第一焦点付近にバルブ３１を配置し、楕円鏡３０の第二焦点３２より若干離れた位置に、バルブ３１に沿う光軸に対して４５度の角度で可動ミラーアレイ５０を配置し、併せて可動ミラーアレイ５０に対して平行に平面鏡３３を配置する。可動ミラーアレイ５０及び平面鏡３３で反射された光は、凸レンズ３４を通過して、前方へ配光される。そして、可動ミラーアレイ５０の個々の可動ミラーの回転角度を独立して制御することにより、所望のきめ細かな配光ができる。
可動ミラーアレイ５０を用いた車両用ヘッドライトの第三実施例を第７図に示す（第７図（ａ）は側面図、第７図（ｂ）は正面図。但し透明カバー４２は図示せず）。この構成は、第５図、第６図で示したように光源近傍に可動ミラーアレイを配置せずに、従来のプロジェクタ型ヘッドライトから出る光を配光制御に利用するものである。プロジェクタ型ヘッドライト４０の前面に、プロジェクタ型ヘッドライト４０の光軸に対して４５度の角度で可動ミラーアレイ５０を配置し、併せて可動ミラーアレイ５０に対して平行に平面鏡４１を配置する。ここで可動ミラーアレイ５０は、光度が強く、配光制御の効果が高い領域に配置する必要がある（図中では２組配置）。可動ミラーアレイ５０及び平面鏡４１で反射された光は、防水、防塵用の透明カバー４２を通過して、前方へ配光される。作用としては第５図、第６図と同様であるが、この構成の特徴として、従来のプロジェクタ型ヘッドライトに可動ミラーアレイ５０と平面鏡４１とカバー４２を付加するだけで、配光制御可能な車両用ヘッドライトが実現できるため、大きな設計変更を要せず、コスト面で有利な点にある。また、第５図〜第７図で述べた車両用ヘッドライトの大きな利点として、車載部品は共振回避のため、ある共振周波数以上（例えば１００Ｈｚ以上）を有さなければいけないが、小型軽量の可動ミラーを用いることで、この制約条件をクリアできることが挙げられる。
以上述べた第５図〜第７図の車両用ヘッドライトで得られる車両用ヘッドライトの配光分布を第８図に示す。図中、横軸は水平方向、横軸は垂直方向であり、車両６０からのロービームの等光度分布（中心が最高光度帯）を示している。前述した可動ミラーアレイを動作させることで、最高光度帯６１を右上、または左上（６１’）に素旱く任意に照射できる。
本発明はロービームに限らずに、ハイビームでも適用できる。第９図に本発明で得られる車両用ヘッドライトの配光分布（ハイビーム）を示す。このパターンは高速走行時、ハイビーム設定（等光度分布７０）と併せて、左側に位置する道路標識等を迅速に照らすため、可動ミラーアレイを動作させ、左上にスポット部７１を照射させることができる。またこのスポット部は、前述したように、可動ミラーアレイの一部に、赤外、可視光の波長選択膜を有する可動ミラーにより、赤外光で照射することも可能である。
第８図、第９図は等光度分布が中心部から半径方向に同心円状に小さくなるパターンを示したが、等光度分布自体を任意に変更することができる。第１０図にその配光分布を示す。これは交通量の多い市街地を低速で走行する場合、ロービームにおいて、水平方向の下方部の幅方向を重点的に照射し、水平線方向に徐々に分布が付く配光分布８０を得るものである。こうすることで、道路上の白線や歩行者、側溝等を発見し易くなる。
第１１図は第１０図の変形である配光分布を示している。対向車や先行車が比較的少ない高速道路走行において、ロービームではあるが、高速度であるため、幅方向の配光分布を縮めることで全体的な光度を上げ（配光分布９０）、前方の認識性を高めることができる。
第１２図は、第１０図の配光パターン８０に加え、ある程度の範囲を遠方に照らす赤外光１００を配光分布８０の上部に重ね合わせた配光分布を示したものである。これは、前述したように、可動ミラーアレイの一部に、赤外、可視光の波長選択膜を有する可動ミラーを用いることにより実現できる。即ち、運転者は可視光の配光分布８０で手前の障害物を注視する一方、赤外線１００を遠方に照射させることで遠方の障害物をＣＣＤカメラによっていち早く認識出来るようにし、更なる安全運転を図るものである。
最後に、第１３図に本発明の車両用ヘッドライト及びそれを用いた車両運転支援装置のシステム図を示す。車載センサとして、車両前方の道路状況を捉えるＣＣＤカメラ１１０、車間を測定するレーダ装置１１１や光電センサ１１２、また車速検知部１１３や加速度センサ１１４からの信号が、ヘッドライト制御部１１９に入り、信号処理後、ヘッドライト１２０に搭載している可動ミラーアレイを制御する。具体的な状況例として、ＣＣＤカメラ１１０による白線や路肩、また歩行者の検知によるスポット的な照射や遠方の赤外光照射（第８図、第９図、第１２図）、そしてレーダ装置１１１や光電センサ１１２による車間検知により、配光分布の上下左右の可変（第１０図、第１１図）や調光が挙げられる。
さらにカーナビゲーション１１５、ビーコン１１６、ステアリング角度検知部１１７、方向指示器１１８からの信号をヘッドライト制御部１１９に取り込むことで、既知の道路状況に応じて確実に配光制御できること、また交差点の右左折時に進行方向に対して配光制御を確実に行えることで、車両の安全運転性向上及び運転者のヘッドライト操作軽減が図れる。
Claims (9)
- 光源と、光源からの光源光を前方へ照射させるための反射鏡で構成された車両用ヘッドライトにおいて、光源からの光を互いに遮らないように、独立して任意に動く複数の可動ミラーと、複数の可動ミラーの外側に固定ミラーを配置して、前記反射鏡を構成したことを特徴とする車両用ヘッドライト。
- 前記可動ミラーは、直交する二軸の方向に各々動くことを特徴とする請求項１記載の車両用ヘッドライト。
- 前記可動ミラーは、ミラー部とミラー部を取り囲むようにして配置した枠とを接続する第一の梁と、前記枠と前記枠の外側にある基板とを接続する第二の梁で構成し、前記第一の梁と第二の梁は各々直交する回転軸をなし、前記枠と梁と基板は光を反射することを特徴とする請求項２記載の車両用ヘッドライト。
- 前記可動ミラーの裏面が、軟磁性体、永久磁石、またはコイルの何れかで形成され、前記ミラー部の裏面に対向した位置にステータコイルを複数設け、ミラーとステータコイル間の電磁力を制御することで、前記可動ミラーを直交する二軸の方向に任意の角度で動かすことを特徴とする請求項３記載の車両用ヘッドライト。
- 前記可動ミラーの動きにより、前記車両用ヘッドライトの配光分布を任意に可変することを特徴とする請求項４記載の車両用ヘッドライト。
- 前記車両用ヘッドライトの光源に高輝度放電灯を用いて、前記可動ミラーの動きにより、前記車両用ヘッドライトの調光を行うことを特徴とする請求項５記載の車両用ヘッドライト。
- 前記可動ミラーは、一部のミラーが前記光源からの可視光を透過し、かつ前記光源からの赤外光を反射する機能を有し、該一部のミラーをその他のミラーと独立して制御する制御回路を備えたことを特徴とする請求項５記載の車両用ヘッドライト。
- 車両の周囲状況を検出するセンサと、車両の動作状況を検出するセンサからの出力により、前記車両の周囲状況及び動作状況に最適な車両用ヘッドライトの配光制御を行うことを特徴とする請求項１乃至７記載の車両用ヘッドライト。
- 光源と、光源からの光源光を前方へ照射させるための反射鏡で構成された車両用ヘッドライトにおいて、光源からの光を互いに遮らないように、独立して任意に動く複数の可動ミラーと、複数の可動ミラーの外側に固定ミラーを配置して、前記反射鏡を構成したことを特徴とする車両運転支援装置。
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