JPWO2014057681A1 - 車両用前照灯装置 - Google Patents

Abstract

本発明に係る車両用前照灯装置１００は、光源２１１、光学系２１、回転機構５０及び制御回路６０を有する第一の灯火器９２を備えている。光学系２１は、光源２１１からの光を入射して偏向して出射する第一のウェッジプリズム３０及び第二のウェッジプリズム４０を含んでいる。回転機構５０は、第一のウェッジプリズム３０を、回転軸を中心として回転させる。制御回路６０は、第一のウェッジプリズム３０を、車両のバンク角ｄに応じてバンク方向と逆の方向に回転させるよう回転機構５０を制御する。第一のウェッジプリズム３０及び第二のウェッジプリズム４０は、回転軸に垂直な面が対向するように配置されている。第一のウェッジプリズム３０は、ウェッジ角ａ１が路面の方向を向くように配置されている。また、第一のウェッジプリズム３０は、回転軸を中心として回動可能に配置されている。

Description

本発明は、運転者に適切な配光を提供する車両用前照灯装置に関する。

車両の夜間の走行時のコーナリングでも広い視野を確保できるように、車体のバンク方向とは逆方向に配光領域を回転させる手段を備えた、自動二輪車用ヘッドランプが開示されている（例えば、特許文献１を参照）。本明細書において、「配光」とは、光源から出る光の空間的分布である。

また、複数の灯火器を有し、車体のバンク角に伴い、灯火器を順次点灯させることによって、視野を確保する二輪車用ヘッドランプが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−３４７９７７号公報（第２−３頁、第８図） 特開２００９−１２００５７号公報（第３頁、第１図）

特許文献１に示された従来技術では、車両が旋回する際に、配光領域が運転者の視線の向く方向を含むように配光領域を回転させている。しかし、運転者の視線が向く領域は、配光領域の中央部から離れている領域によって照射されている。または、配光領域は、運転者の視線の向く方向の一部しか照射していない。これらのため、特許文献１に示されたヘッドランプは、運転者の視線が向く領域を明るく照射することが難しいという問題があった。後述する車両の「旋回」とは、車両等が曲線を描いて向きを変えることである。

特許文献２に示された従来技術では、灯火器が固定されているので、車体のバンク角の変化に伴い、照射領域を連続して変化させることができないといった問題があった。

この発明に係る車両用前照灯装置は、上記のような課題を解決するためになされたもので、車体が旋回する際に、運転者の視線の向く領域を明るく照射することができる。また、この発明に係る車両用前照灯装置は、車体のバンク角の変化に伴い、照射領域を連続的に変化させることができる。なお、前照灯装置は、ヘッドランプ及び灯火器と同じ意味である。ただし、複数のランプを用いて前照灯装置を構成する場合には、各ランプを「灯火器」とよんでいる。

本発明に係る車両用前照灯装置は、第一の光源と、第一の光源からの光を入射して偏向して出射する第一のウェッジプリズム及び第二のウェッジプリズムを含む光学系と、第一のウェッジプリズムを、回転軸を中心として回転させる回転機構と、第一のウェッジプリズムを、車両のバンク角に応じてバンク方向と逆の方向に回転させるよう回転機構を制御する制御回路とを有する第一の灯火器を備え、第一のウェッジプリズム及び第二のウェッジプリズムは、回転軸に垂直な面が対向するように配置され、第一のウェッジプリズムは、ウェッジ角が路面の方向を向くように配置されるとともに回転軸を中心として回転可能に配置されている。

本発明に係る車両用前照灯装置によれば、車両のバンク角に基づいて照明領域を移動させることができるので、車両が旋回する際に、運転者の視線の向く方向を明るく照明することができる。また、車体のバンク角の変化に伴い、照射領域を連続的に変化させることができる。

本発明の実施の形態１に係る前照灯装置の構成を概略的に示す図である。 車両のバンク角ｄについての説明図である。 本発明の実施の形態１に係る前照灯装置のウェッジプリズムの説明図である。 本発明の実施の形態１に係る前照灯装置のウェッジプリズムの説明図である。 本発明の実施の形態１に係る前照灯装置の高照度領域２００３の移動を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る前照灯装置による偏向についての説明図である。 本発明の実施の形態１に係る前照灯装置のウェッジプリズムの構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る前照灯装置のウェッジプリズムの構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る前照灯装置のウェッジプリズムの構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る前照灯装置の光線の照射位置を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る前照灯装置の光線の照射位置を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る前照灯装置の光線の照射位置を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る前照灯装置の配光領域を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る前照灯装置のウェッジプリズムの構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る前照灯装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態２に係る前照灯装置のウェッジプリズムの説明図である。 本発明の実施の形態２に係る前照灯装置の配光領域を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る前照灯装置のウェッジプリズムの構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る前照灯装置の配光形状を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る前照灯装置の配光領域を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る前照灯装置のウェッジプリズムの構成を示す説明図である。 前照灯装置の配光領域を示す説明図である。 前照灯装置の配光領域を示す説明図である。 前照灯装置の配光領域を示す説明図である。

車両用（例えば、自動二輪車）の前照灯装置の配光領域について、照度分布を含めて説明する。図２２、図２３及び図２４は、前照灯装置の配光領域を示す説明図である。図２２、図２３及び図２４は、紙面に対して手前側で、垂線Ｖの位置に運転者が位置した場合に地平線２００６を見た場合の図である。また、図２２、図２３及び図２４上で、地面に垂直な直線２００７は、車両がコーナーに入る前の、車両が直進する方向に一致している。図２２、図２３及び図２４において、直線２００６に対応する直線をＨ、直線２００７に対応する直線をＶとする。図２２に示すように、前照灯装置が照らす広範囲の領域を主配光領域２００２とする。また、路面の左側の端部及び路面の右側の端部を端部２００１とする。端部２００１は例えば、路面に描かれた路側帯を示してもよい。地平線２００６は、地面と空との境界をなす線である。図２２に示す配光領域の中央部分２００３は、主配光領域２００２の中でも照度が所定の照度よりも高い部分である。この照度の高い部分を高照度領域２００３とする。ただし、主配光領域２００２および高照度領域２００３は、各領域の中央部になるほど照度が高くなるような照度分布を示していてもよい。

従来の技術では、車両の前照灯装置による高照度領域２００３の形成は、前照灯装置を構成しているレンズのレンズ形状の工夫、又は複数の灯火器を利用すること等で実現されている。本発明の実施の形態は、複数の灯火器で主配光領域２００２と高照度領域２００３とを形成する車両用前照灯装置に基づき説明する。

図２２で示すように、車両が直進する場合には、運転手の視線の向く領域は、車両の前方となるため、車両の前方が高照度領域２００３で照射されることになる。図２２では、地平線２００６と地面に垂直な直線２００７との交点の下側が、高照度領域２００３で照射される。

一方、図２３に示すように、車両の進路が左方向となるコーナーを走行する場合には、車両が左に傾倒するので、主配光領域２００２は右側が上がり、左側が下がるように傾く。「傾倒」とは、傾き倒れることである。このとき、図２３に示すように、運転者の視線が向く領域はコーナーの前方であり、旋回時運転者視線領域２００５である。図２３では、旋回時運転者視線領域２００５を破線で示している。

しかし、旋回して走行をする場合には、旋回時運転者視線領域２００５は、配光の届かない領域となる。このため、運転者の視線が向く領域の視認性は、直進して運転する際よりも低下する。

図２４は、特許文献１のように、図２３に示した主配光領域２００２を時計回りに回転させた場合の照度分布を示す図である。主配光領域２００２を時計回りに回転させることで、左旋回の走行時においても、主配光領域２００２が旋回時運転者視線領域２００５を包含する配光となっている。この場合には、旋回時運転者視線領域２００５を照明することは可能である。しかし、車両の直進時のように、運転者の視線の向く領域（旋回時運転者視線領域２００５）を高照度領域２００３で照射できていない。このため、車両の直進時に比べて視認性は低下する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における車両用前照灯装置１００を示す図である。以下の図において、説明を容易にするためにｘｙｚ座標を用いる。ｘ軸は、車両の進行方向を見て、左右方向である。＋ｘ軸方向は、車両の進行方向を見て、左側であり、−ｘ軸方向は、右側である。ｙ軸は。車両の上下方向である。このため、車両が傾いた場合には、ｙ軸も傾斜する。＋ｙ軸方向は上側である。−ｙ軸方向は下側である。ここで、「上側」とは、空の方向で、「下側」とは地面の方向である。ｚ軸は、車両の前後方向である。＋ｚ軸方向は前方向で、−ｚ軸方向は後方向である。

図１において車両用前照灯装置１００は、図２２に示した配光領域の、主配光領域２００２の照射を担う灯火器９１（第二の灯火器）と、高照度領域２００３の照射を担う灯火器９２（第一の灯火器）との２つの灯火器を有している。車両用前照灯１００において、灯火器９１および灯火器９２は近くに配置されている。灯火器９２（第一の灯火器）は、火器９１（第二の灯火器）よりも高照度かつ火器９１（第二の灯火器）よりも狭い範囲を照射するものである。また、火器９１（第二の灯火器）は、灯火器９２（第一の灯火器）よりも低照度でかつ灯火器９２（第一の灯火器）よりも広範囲を照射するものである。

灯火器９１は、光源１１１及び光学素子８０を有する。灯火器９１は、遮光板７０を有することができる。遮光板７０は、光源１１１から出射された光を所望の形状に形成する。遮光板７０は、対向車の運転手に眩しさを与えない配光とするために開口部を有している。光学素子８０は、遮光板７０を通過した光を所望の位置に照射し配光を調整する。

光源１１１としては、光源１１１から光学素子８０への光の損失を低減させることを目的とした面発光光源を用いてもよい。面発光源としては、例えば、ＬＥＤ、エレクトロルミネッセンス素子又は半導体レーザ等である。光学素子８０としては、光源１１１からの光を、路面に照射させることを目的としたプロジェクションレンズ又はリフレクター等である。ただし、図１では、光学素子８０をレンズとして表している。

灯火器９２（第一の灯火器）は、光源２１１、光学系２１、回転機構５０及び制御回路６０を有する。また、灯火器９２（第一の灯火器）は、光学素子２０を有することができる。光学素子２０は、光源２１１から出射された光を平行化する。光学系２１は、光学素子２０によって平行光化された光を所望の位置へ偏向する。「偏向」とは、光の進行方向を曲げたり変えたりする事である。回転機構５０は光学系２１を駆動する。回転機構５０が光学系２１を駆動することで、光源２１１から出射した光の偏向方向が変化する。制御回路６０は回転機構を制御する。

光源２１１としては、光源２１１から光学素子２０への光の損失を低減させることを目的とした面発光光源を用いてもよい。面発光源としては、例えば、ＬＥＤ、エレクトロルミネッセンス素子又は半導体レーザ等である。光学素子２０には、正のパワーをもつコリメートレンズ又はリフレクター等である。ただし、図１では、光学素子２０をレンズとして表している。

光学系２１は、ウェッジプリズム３０及びウェッジプリズム４０を有する。また、光学系２１には、歯車５０３によって駆動に係る動力が伝達される。「ウェッジプリズム」とは、頂角の小さなプリズムである。「頂角」とは、プリズムの２つの屈折面のなす角のことである。つまり、ウェッジプリズムは傾斜した光学面を有し、通常1面がもう片面に対し非常に小さい角度で傾斜している。入射した光はプリズムの厚みの厚い方向へ屈折する。以下において、頂角をウェッジ角ａとよんで説明する。ウェッジプリズムの２つの屈折面は、一般的に平面であるが、以下に示す「ウェッジプリズム」は、屈折面が曲面の場合も含まれる。また、ウェッジプリズムは、１つの屈折面を光軸に対して垂直に配置して使用する。また、ウェッジプリズムは、光軸又は光軸に平行な軸を回転軸として回転させて使用される。屈折面が曲面の場合には、「光軸に垂直な面」とは、回転軸が屈折面と交わる点での接平面が光軸に対して垂直であることを意味する。

ウェッジプリズム３０は、入射面３０１と出射面３０２とを有する。入射面３０１は、光軸Ｃに垂直な面に対してウェッジ角ａ１だけ傾斜した面である。出射面３０２は、光軸Ｃに垂直な面である。ウェッジプリズム４０は、入射面４０１と出射面４０２とを有する。入射面４０１は、ウェッジプリズム３０の出射面３０２から出射された光を入射する。入射面４０１は、光軸Ｃに垂直な面である。出射面４０２は、光軸Ｃに垂直な面に対してウェッジ角ａ２だけ傾斜した面である。ウェッジ角ａ１とウェッジ角ａ２とは同じ角度である場合を示している。しかし、これらのウェッジ角ａ１、ａ２が異なる場合には、後述する式において、ウェッジ角ａ１、ａ２の値をそれぞれ代入して計算すればよい。光軸Ｃは、光源２１１の発光面の中心における法線である。

ウェッジプリズム３０のウェッジ角ａ１の大きさは、ウェッジプリズム４０のウェッジ角ａ２の大きさはと等しい。ウェッジプリズム３０の入射面３０１は、ウェッジプリズム４０の出射面４０２と平行である。ウェッジプリズム３０のウェッジ角ａ１は−ｙ軸方向に向くように配置される。−ｙ軸方向は、路面の方向であるので、ウェッジ角ａ１は路面を向くように配置されている。つまり、入射面３０１は、−ｘ軸方向から見て、光軸Ｃに垂直な面から時計回りにウェッジ角ａ１だけ回転した面となっている。ウェッジプリズム４０のウェッジ角ａ２は＋ｙ軸方向に向くように配置される。つまり、出射面４０２は、−ｘ軸方向から見て、光軸Ｃに垂直な面から時計回りにウェッジ角ａ２だけ回転した面となっている。「ウェッジ角が路面を向く」とは、２つの屈折面（入射面及び出射面）の交わる位置が、光軸Ｃに対して路面と反対側にあることである。

また、ウェッジプリズム３０は、光軸Ｃを中心に回転可能に設置されている。また。ウェッジプリズム３０には、回転機構５０からの回転運動を伝達するための歯車５０３が設けられている。歯車５０３は、回転機構５０からの駆動力を伝えられる。なお、回転機構５０によりウェッジプリズム３０を回転させる方法は、回転機構５０の駆動力をウェッジプリズム３０に伝えるものであれば良い。このため、歯車５０３に限らず、例えば、ベルトなどを用いてもよい。

図２は、車両が旋回走行する際のバンク角ｄを示した説明図である。「バンク角ｄ」とは、図２に示すように、地面に垂直な直線２００７（ｙ軸）に対する車体の傾斜の角度ｄのことである。車両が旋回走行するコーナーの曲率が大きくなれば大きくなるほど、車体のバンク角ｄは大きくなる。

図１に示す回転機構５０は、駆動源５０１、回転軸５１及び歯車５０２を有する。駆動源５０１は、例えば、ステッピングモーターなどである。回転軸５１は、駆動源５０１の回転を歯車５０２に伝える軸である。歯車５０２は、回転軸５１の回転運動を受けて回転し、歯車５０３を駆動する。歯車５０２は、歯車５０３とかみ合っている。

回転機構５０は、図２で示した車体のバンク角ｄに応じて、車両がバンクした方向とは逆の方向に、ウェッジプリズム３０を光軸Ｃ周りに回転させる機能を有する。「バンクする」とは、車体がコーナー等を曲がる際に傾斜することである。「バンクした方向」とは、車体が右側（−ｘ軸方向）又は左側（＋ｘ軸方向）に傾斜した方向である。以下において、「バンク方向」ともよぶ。なお、回転機構５０は、ウェッジプリズム３０を光軸Ｃに平行な軸周りに回転させることができればよく、上記構成に限定されない。

制御回路６０は、車体のバンク角ｄを検出する車体傾斜検出部６５からの検出信号を受け取る。車体傾斜検出部６５は、例えば、ジャイロ等のセンサーである。制御回路６０は、この検出信号に基づき、ウェッジプリズム３０の回転角ｆを演算して駆動源５０１を制御する。回転角ｆは、旋回時運転者視線領域２００５（図２２を参照）を灯火器９２によって照射するのに必要なウェッジプリズム３０の回転角である。

ここで、バンク角ｄにおけるウェッジプリズム３０の必要な回転角ｆを求めるために、光軸Ｃに対して平行な光線が一対のウェッジプリズムによってどのように偏向されるかを説明する。

図３は、車両用前照灯装置１００のウェッジプリズムの説明図である。図３にウェッジ角ａを有するウェッジプリズム１による光線の偏向の様子を示す。光軸Ｃに対して垂直なウェッジプリズム１の入射面１１に、光軸Ｃに対して平行な平行光線が入射している。出射面１２は、入射面１１に対してウェッジ角ａだけ傾いている。入射した光線は、入射面１１で屈折することなく、ウェッジプリズム１の内部を進行する。入射した光線は、出射面１２から出射する際に、入射面１１と出射面１２とが交わる位置Ｅと反対方向に屈折して進行する。

光軸Ｃに対して垂直なウェッジプリズム１の入射面１１に、光軸Ｃに対して平行な平行光線が入射した場合には、その偏向角ｒ_ｗ１は、ウェッジプリズム１の屈折率ｎ_ｗを用いて以下に示す式（１）で近似的に求められることが知られている。この式（１）は、ウェッジ角ａが小さい場合の近似式である。「偏向角」とは、入射した光に対する光の折れ曲がる角度である。

図４は、車両用前照灯装置１００のウェッジプリズム２、３の説明図である。図４に、一対のウェッジプリズム２、３による光線の偏向を示す。一対のウェッジプリズム２、３は、光軸Ｃに対して垂直な面が互いに対向するように配置されている。図４には、ｘｙｚ座標が示されている。ｚ軸は、車両の進行方向を示している。車両が進行する方向が＋ｚ方向である。ｘ軸は、車両に対して左右方向を示している。車両が進行する方向を見て、左側が＋ｘ軸方向である。ｙ軸は、車両の上下方向を示している。車両に対して上側（空の方向）が＋ｙ軸方向である。ｘ軸及びｙ軸は、後述するように車両が旋回する際に傾いた場合には、ｚ軸を中心として車両が傾く方向に回転する。

ウェッジプリズム２の入射面２１は、光軸Ｃに対して傾斜している。ウェッジプリズム２の出射面２２は、光軸Ｃに対して垂直である。ウェッジプリズム３の入射面３１は、光軸Ｃに対して垂直である。ウェッジプリズム３の出射面３２は、光軸Ｃに対して傾斜している。ウェッジプリズム２の出射面２２は、ウェッジプリズム３の入射面３１と対向して配置されている。

光軸Ｃに対して平行な光線は、入射面２１からウェッジプリズム２に入射し、出射面２２から出射する。出射面２２から出射した光線は、入射面３１からウェッジプリズム３に入射し、出射面３２から出射する。図４は、入射面２１に光軸Ｃ上の光線が入射した場合の、出射面３２から出射する光線の偏向を示している。図４に示すように、ウェッジプリズム２及びウェッジプリズム３を光軸Ｃ中心に互いに独立に回転させることで、最大偏向角ｒ_ｗ２３は次式（２）のように表わされる。図４では、ウェッジプリズム２及びウェッジプリズム３の回転方向を太い矢印で示している。

最大偏向角ｒ_ｗ２３は、式（１）で求められる偏向角ｒ_ｗ１の２倍となる。従って、ウェッジプリズム２及びウェッジプリズム３は、図４に示すように円錐角ＣＡ＝２×ｒ_２３の円錐内の任意の位置に光線を偏向させることができる。

図５は、車両用前照灯装置１００が照射する高照度領域２００３の中心部の移動を示す説明図である。なお、図５は、走行する車両から進行方向を見た図である。図５は、車両が左側に旋回している例を示している。位置Ｑ１は、地平線２００６と車体を通り地平線２００６に垂直な直線２００７との交点である。つまり、位置Ｑ１は、車両が直進する際に運転者の視線が向く位置である。位置Ｑ２は、車両がバンク角ｄで左旋回の走行をする際に運転者の視線が向く位置である。図５では、位置Ｑ１及び位置Ｑ２を白丸で示している。

図５において、バンク角ｄで傾いた車両から見た座標系をｘｙ座標で示す。ｘ軸は、位置Ｑ１を通り、水平な直線２００６に対してバンク角ｄだけ傾いている。図５では、ｘ軸は、水平な直線２００６に対して反時計回りに傾いている。ｙ軸は、位置Ｑ１を通り、垂直な直線２００７に対してバンク角ｄだけ傾いている。図５では、ｙ軸は、垂直な直線２００７に対して反時計回りに傾いている。図５において、直線２００６に対応する直線をＨ、直線２００７に対応する直線をＶとする。以降の図におけるＨおよびＶについても同様である。

このとき、車両が直進する際には、運転者の視線の向く位置Ｑ１が高照度領域２００３で照射されている。図２２に示すように、車両が直進する際には、高照度領域２００３は、図５で示す位置Ｑ１に位置している。同様に、車両が旋回する際には、運転者の視線の向く位置Ｑ２が高照度領域２００３で照射される。つまり、高照度領域２００３は、位置Ｑ１から位置Ｑ２に移動する。このとき、高照度領域２００３を車両から見たｘｙ座標のｘ軸に対して角度ｄの方向に移動させる必要がある。図５では、ｘ軸に対して時計回りに角度ｄだけ回転した方向である。車両が右側に旋回する場合においても同様に考える。つまり、高照度領域２００３は、車両のｘｙ座標の第一象限と第二象限との中を移動する。従って、高照度領域２００３が照射する範囲は、図４に示した偏向領域の上半分の領域となる。偏向領域は、立体角２×ｒ_ｗ２３で表わされる円錐内の底面で表されている。ここで、「上」とは、図４で示されたｙ軸方向である。

図６は、車両前照灯装置１００に含まれる光学系２１による偏向についての説明図である。図６は、車両の前方から車両側を見た図である。つまり、＋ｚ軸方向から−ｚ軸方向を見た図である。図６を用いた説明では、図１に示す光学系２１のウェッジプリズム３０は、−ｚ軸方向から＋ｚ軸方向を見た場合に、時計回りに回転角ｆだけ回転している。図６では、ウェッジプリズム３０は、反時計回りに回転角ｆだけ回転している。一方、ウェッジプリズム４０は、図４に示すように、ウェッジ角ａが＋ｙ軸方向（地面とは反対方向）を向いた向きに固定されている。つまり、出射面４０２は、入射面４０１に対して、＋ｙ軸方向が広がるように傾斜している。

ベクトルＤ３０は、ウェッジプリズム３０の偏向ベクトルである。ベクトルＤ３０は、ウェッジプリズム３０を回転角ｆだけ回転させたときの偏向ベクトルである。ベクトルＤ３０は、ｘ軸とｙ軸との交点を中心にして、−ｙ軸方向から反時計回りに回転角ｆだけ回転させた方向を向いている。ベクトルＤ４０は、ウェッジプリズム４０の偏向ベクトルである。ベクトルＤ４０は、ウェッジプリズム４０による＋ｙ軸方向の偏向ベクトルである。

図６は、実施の形態１に係る光学系２１を構成しているウェッジプリズム３０、４０によって、光学系２１に入射する光が偏向される様子を示している。このとき、ウェッジプリズム３０に入射する光線は、偏向ベクトルＤ３０と、偏向ベクトルＤ４０との合成偏向ベクトルＤ５０の方向に偏向される。すなわち、ウェッジプリズム４０の向きを固定することで、プリズム部（ウェッジプリズム３０、４０）に入射した光の偏向の向きを容易に変えることができる。

そこで、本実施の形態１で示す車両用前照灯装置１００は、ウェッジプリズム４０を＋ｙ軸方向に光線を偏向するように固定する。そして、車両用前照灯装置１００は、ウェッジプリズム３０を車両のバンク角ｄに応じて、光軸Ｃを中心に回転させる。これらにより、車両用前照灯装置１００は、任意の位置に高照度領域２００３を移動させることができる。すなわち、本実施の形態１に示す車両用前照灯装置１００は、これらを利用して、車両の任意のバンク角ｄに応じて任意の位置に高照度領域２００３を移動させることができる。

しかし、ウェッジプリズム３０を回転させたときの高照度領域２００３の照射位置を求めることは、ウェッジプリズム４０にスキュー光線が入射するため容易ではない。「スキュー光線」とは、光軸と物点との両方を含む平面内に無い光線のことである。ここでは、図４を例として説明する。図４では、物点ｍは、ウェッジプリズム２の−ｚ軸方向の光軸Ｃ上以外の位置に配置されている。主光線ＣＲは、入射面２１及び光軸Ｃの交点と物点ｍとを通る光線である。このため、上述の光軸Ｃと物点ｍとの両方を含む平面は、主光線ＣＲと光軸Ｃとを含む平面(斜線で図示)となる。スキュー光線ＳＲは、この平面内に含まれない光線である。式（１）を用いて簡略的に求める手法もあるが、式（１）では、ウェッジ角ａが小さい場合という仮定がある。バンク角ｄに応じて正確に所望の位置を照明しなければならない灯火器９２に対しては不向きな手法である。

そこで、スネルの法則を３次元に拡張した光線屈折式を用いて、車両が旋回する際の高照度領域２００３の照射位置を旋回時運転者視線領域２００５へ正確に移動させる方法について考える。

図７は、車両用前照灯装置１００のウェッジプリズム３０及びウェッジプリズム４０の構成を示す説明図である。図７は、−ｘ軸方向から見た図である。図７に直線道路を走行する際の灯火器９２のウェッジプリズム３０、４０の配置を示す。図７では、ウェッジプリズム３０の入射面３０１と出射面３０２との交わる位置Ｅ_１は、光軸Ｃに対して＋ｙ軸方向に位置する。また、ウェッジプリズム４０の入射面４０１と出射面４０２との交わる位置Ｅ_２は、光軸Ｃに対して−ｙ軸方向に位置する。出射面３０２と入射面４０１とは、光軸Ｃに垂直な平面である。また、出射面３０２と入射面４０１とが対向するように、ウェッジプリズム３０、４０は配置されている。光線は、入射面３０１からウェッジプリズム３０に入射して出射面３０２から出射する。出射面３０２から出射した光線は、入射面４０１からウェッジプリズム４０に入射して出射面４０２から出射する。

図７に示す状態を基準の状態とする。このとき、ウェッジプリズム３０の出射面３０２とウェッジプリズム４０の入射面４０１との間の空隙は、光線の偏向に影響を与えるものではなく無視することができる。「空隙」とは、隙間のことである。そのため、図７の１対のウェッジプリズム３０、４０は、図８に示すような一塊のプリズム３４として考えることができる。「一塊」とは、１つのかたまりのことである。つまり、２つのウェッジプリズム３０、４０は、１つのプリズム３４で示すことができる。ウェッジプリズム３０がｚ軸の周方向に回転した場合には、図８のプリズム３４の入射面３０１のみをｚ軸の周方向に回転させた形状にすればよい。

図８は、車両用前照灯装置１００のウェッジプリズム３０、４０の構成を示す説明図である。プリズム３４は、ウェッジプリズム３０、４０を一体としたプリズムである。プリズム３４は、入射面３０１及び出射面４０２を有する。入射面３０１及び出射面４０２は、光軸Ｃに垂直な面に対してウェッジ角ａだけ傾いている。入射面３０１及び出射面４０２は、−ｘ軸方向から見て、光軸Ｃに垂直な面に対して時計回りにウェッジ角ａだけ回転した面である。そのため、入射面３０１は、出射面４０２に対して平行な面である。

光源２１１から出射されて、光学素子２０で平行化された光が、図８のプリズム３４に入射する場合について光線屈折式を適用する。そして、プリズム３４の出射面４０２から任意の距離における高照度領域２００３の中心の位置を以下のようにして求める。

図９は、車両用前照灯装置１００のウェッジプリズム３０、４０の構成を示す説明図である。図９では、図８で示したプリズム３４を用いて高照度領域２００３の中心の位置の求め方を説明する。

図９に示すように、以下のように符号を決める。プリズム３４の入射面３０１に入射する入射光線の単位方向ベクトル（方向余弦）をベクトルｓ_１とし、入射面３０１の法線ベクトルをベクトルＮ_１とし、入射面３０１の透過光線の単位方向ベクトルをベクトルｓ_１ｈとする。また、出射面４０２に入射する光線の単位方向ベクトルをベクトルｓ_２とし、出射面４０２の法線ベクトルをベクトルＮ_２とし、出射面４０２の出射光線（透過光線）の単位方向ベクトルをベクトルｓ_２ｈとする。また、空気の屈折率を１及びプリズム３４の媒質の屈折率をｎとすれば、光線屈折式より次式（３）及び式（４）の関係が成り立つ。

式（３）及び式（４）を、ベクトルの公式を用いて変形すると以下の式（３ａ）及び式（４ａ）のように表わされる。

更に、内積ｇ_１及び内積ｇ_１ｈを以下の式のように定義すると、式（３ａ）は、式（３ｂ）のように表わされる。

また、内積ｇ_２及び内積ｇ_２ｈを以下の式のように定義して、さらにｓ_２＝ｓ_１ｈであるとして、式（４ａ）を変形すると、式（４ａ）は、以下の式（４ｂ）にように表わされる。

従って、出射面４０２の出射光線の単位方向ベクトルｓ_２ｈは、式（３ｂ）及び式（４ｂ）を用いて、以下に示す式（５）のように表される。単位方向ベクトルｓ_２ｈは、式（５）を用いれば一意に求めることができる。

また、本発明ではウェッジプリズム３０を回転させることから、式（５）の法線ベクトルＮ_１は、その回転角ｆに応じて変化する。ウェッジプリズム３０の回転角を角度ｆ、ウェッジ角を角度ａ及び直線道路を走行する際の入射面３０１の法線ベクトルをベクトルＮ_１０とすると、法線ベクトルＮ_１は、回転行列Ｒ_ｆを用いて以下の式（６）ように求まる。

式（５）の単位方向ベクトルｓ_１は、光源２１１から出射される光軸Ｃに平行な主光線が入射することを考えるので、次式（７）のように表わされる。「主光線」とは、光軸外の点からレンズに対して斜めに入射し、光学系の絞りの中心を通る光線である。絞りを最小にしても存在する光線である。ここでは、光軸外の点からレンズに対して斜めに入射し、入射面３０１と光軸Ｃの交わる位置を通る光線を示す。

また、出射面４０２の法線ベクトルＮ_２は、次式（８）で表わされる。

図１０は、車両用前照灯装置１００の光線の照射位置を示す説明図である。図１０に、プリズム３４の出射面４０２とスクリーン面３５との幾何学的関係を示す。出射面４０２上の光線の出射点Ｏ_２を原点として、新たに座標系ｘ_２ｙ_２ｚ_２を設定する。ｘ_２軸は、ｘ軸に平行である。また、＋ｘ_２軸方向は、＋ｘ軸方向と同じである。ｙ_２軸は、ｙ軸に平行である。また、＋ｙ_２軸方向は、＋ｙ軸方向と同じである。ｚ_２軸は、ｚ軸に平行である。また、＋ｚ_２軸方向は、＋ｚ軸方向と同じである。

原点Ｏ_２から＋ｚ_２軸方向に距離Ｚの位置にあるスクリーン面３５上における光線の照射位置Ｐ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求める。スクリーン面３５は、光軸Ｃに垂直な面である。また、原点Ｏ_２から照射位置Ｐ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）までの距離を距離Ｒとする。原点Ｏ_２と照射位置Ｐとを結ぶ直線は、単位方向ベクトルｓ_２ｈに平行である。ここで、スクリーン面３５は、照射位置を説明するための仮想面である。なお、単位方向ベクトルｓ_２ｈのそれぞれの成分は以下の式（９）ように定義する。

また、距離Ｒは式（１０）のように表わされる。

さらに、単位方向ベクトルｓ_２ｈの成分は式（１１）のように表わされる。

距離Ｚを既知として、原点Ｏ_２から出射された光線のスクリーン面３５の照射位置Ｐの座標を求めると、次式（１２）のように表わされる。

ウェッジプリズム３０の回転角ｆを変化させると、ウェッジプリズム４０の出射面４０２の出射点Ｏ_２の位置も変化する。出射点Ｏ_２は、上述の原点Ｏ_２と同じである。しかし、本発明では、十分に遠くを照射するため、その差異は無視することができる。従って式（１２）を計算することで、任意の距離にあるスクリーン面３５に到達する光線の照射位置を正確に求めることができる。

図１１は、車両用前照灯装置１００の光線の照射位置を示す説明図である。図１１は、ウェッジプリズム３０の回転角ｆを変化させたときの、スクリーン面３５における照射位置Ｐ_ｆ（Ｘ，Ｙ）の座標をプロットしたものの一例を示している。図１１のｘ軸は、照射位置Ｐ_ｆ（Ｘ，Ｙ）のｘ座標の値である。図１１のｙ軸は、照射位置Ｐ_ｆ（Ｘ，Ｙ）のｙ座標の値である。符号Ｐの添え字はウェッジプリズム３０の回転角ｆを示している。また原点Ｏ_３は、ウェッジプリズム３０を回転させないときに、光源１１１の中心から出射された主光線がスクリーン面３５に到達する位置である。

図１１の照射位置Ｐ_ｆについて考える。図１１に示す直線Ｌがｘ軸に対してなす角度を角度ｋとすると、角度ｋは以下の式（１３）で与えられる。直線Ｌは、スクリーン面３５上で、原点Ｏ_３と照射位置Ｐ_ｆとを結んだ直線である。また、以下において、角度ｋは、照射位置Ｐ_ｆの傾き角度とよぶ。

また、ｘ−ｙ平面において原点Ｏ_３と照射位置Ｐ_ｆとの距離Ｌ_ｆは次式（１４）で与えられる。

ただし、距離Ｌ_ｆは式（１５）で表わされる。

照射位置Ｐ_ｆが描く軌跡は、ウェッジプリズム３０とウェッジプリズム４０とのウェッジ角ａ及び屈折率ｎに依存する。照射位置Ｐ_ｆは、図１１に示したように、ウェッジプリズム３０を回転角ｆだけ回転させたときの光線のスクリーン面３５上の照射位置である。従って、このウェッジ角ａと屈折率ｎとを最適化することで、移動量Ｌ_ｆ（図１１に示す距離Ｌ_ｆ）を所望の移動量となるように設計することが可能である。ここで、移動量Ｌ_ｆは、任意のバンク角ｄにおける高照度領域２００３の水平方向の移動量である。なぜなら、車体がバンク角ｄだけ傾いた場合には、ｘｙ座標も角度ｄだけ傾くため、直線Ｌは水平方向に伸びる直線となるからである。

ここで、車両がバンク角ｄで旋回走行する場合について考える。式（１３）から求められる照射位置Ｐ_ｆの傾き角度ｋがバンク角ｄと逆方向で、且つその角度ｋの大きさがバンク角ｄと同じになるようにウェッジプリズム３０を回転させる。この場合には、灯火器９２から出射された光は、車両のｘｙｚ座標系の第一象限及び第二象限の範囲を移動する。このため、車両用前照灯装置１００は、光を有効利用することができる。

更に、図１２に示すように直線道路を走行する際には、灯火器９２から出射される主光線は原点Ｏ_３に到達している。これに対して、旋回して走行する際には、ウェッジプリズム３０を車両のバンク方向とは逆の方向に回転させる。これにより、灯火器９２から出射される主光線は、コーナーの内側の水平方向に距離Ｌ_ｆだけ移動する。つまり、灯火器９２から出射される主光線は、照射位置Ｐ_０から照射位置Ｐ_ｆに移動する。「コーナーの内側」とは、道路が左に曲がるコーナーの場合には、左側で、道路が右に曲がるコーナーの場合には、右側である。

図１３（ａ）は、本発明の直線道路を走行する際における主配光領域２００２の配光及び高照度領域２００３の配光を示す図である。図１３（ｂ）は、本発明の左旋回をする際における主配光領域２００２の配光及び高照度領域２００３の配光を示す図である。直線道路を走行する際には、高照度領域２００３は、地平線２００６と地面に垂直な線２００７との交点の直下を照明している。ここで、「直下」とは、−ｙ軸方向である。なお、ここで示すｙ軸は、直進している車両の座標なので、バンク角ｄだけ傾いていない座標である。つまり、地面が水平の場合には、ｙ軸方向は、鉛直方向となる。また、地面に垂直な線２００７は、左右方向において、車両の位置にある。一方、旋回して走行をする際には、高照度領域２００３は、旋回時運転者視線領域２００５の付近に移動している。つまり、高照度領域２００３は、車両が直進する際の位置から地平線２００６に平行に左側に移動している。

実施の形態１に係る車両用前照灯装置１００は、ウェッジプリズム３０のみをバンク角ｄに応じて回転させるだけで、高照度領域２００３を所望の位置に移動させることができる。そのため、回転機構５０への負荷が小さく、且つコンパクトな車両用前照灯装置１００を実現できる。

また、車両用前照灯装置１００は、灯火器９１と灯火器９２とをともに用いることができる。灯火器９１は、車両の前方を照射する主配光領域２００２を照射する。灯火器９２は、バンク角ｄに応じて、高照度領域２００３を移動させる手段を備えている。これにより、車両用前照灯装置１００は、車両が直進する際には、進行方向を高照度領域２００３で照射することができる。また、車両用前照灯装置１００は、車両が旋回する際には、バンク角ｄに応じて移動する運転者視線領域２００５を高照度領域２００３で連続的に追随して照射することができる。これにより、運転者の走行時の視認性が向上する。

また、実施の形態１では、バンク角ｄに応じてウェッジプリズム３０を｜ｄ｜＝｜ｋ｜となるように回転させた。｜ｄ｜は、バンク角ｄの絶対値である。｜ｋ｜は、照射位置Ｐ_ｆの傾き角度の絶対値である。しかし、これに限るものではなく、配光形状や車速等を考慮して｜ｄ｜≦｜ｋ｜となるように回転させる等、適宜変化させて良い。例えば、車速が速い場合には、車両のバンク角ｄよりも、ウェッジプリズムの回転角ｋが大きく制御される。これによって、より遠方を照射することが可能となる。

車両が旋回する際の高照度領域２００３の移動に関わるウェッジプリズム３０の回転量ｆの回転方向は、検出された車両のバンク方向と逆方向である。また、ウェッジプリズム３０の回転量ｆは、式（１３）より得られる照射位置Ｐ_ｆの傾き角度ｋの大きさをバンク角ｄに一致するように制御されれば良い。しかしながら、図１１を見ても分かるように、ウェッジプリズム３０の回転量ｆと照射位置Ｐ_ｆの傾き角度ｋは、非線形な関係にある。また、ウェッジプリズム３０の回転量ｆと距離Ｌ_ｆも非線形な関係にある。このため、回転機構５０の制御は、非線形制御となってしまう。

そこで、単位バンク角当たりの回転量ｆ_ｕを設定して、回転機構５０を制御する。最大バンク角ｄ_ｍａｘ（例えば、ｄ_ｍａｘ=３０度）をあらかじめ指定する。最大バンク角ｄ_ｍａｘのときのウェッジプリズム３０の回転量を必要回転量ｆ_ｍａｘとする。単位バンク角当たりの回転量ｆ_ｕは、次式（１６）で表される。単位バンク角当たりの回転量ｆ_ｕに車両が傾斜したバンク角ｄを乗算した値を用いて回転機構５０を制御すれば、線形制御が可能であり制御を簡略化することができる。

また、単位バンク角当たりの回転量ｆ_ｕでウェッジプリズム３０の回転量ｆを制御する場合には、バンク角ｄが小さいと、その配光の移動量は小さくなる。

つまり、この方法を用いることにより、バンク角ｄが小さいときには、高照度領域２００３の配光が大きく動かない。このため、運転者に違和感を覚えさせず、運転者にとって違和感の少ない望ましい配光を提供することができる。

なお、本実施の形態１に係る車両用前照灯装置１００では、直線道路を走行する際の基準状態では、図７に示すようにウェッジプリズム３０、４０を配置した。しかし、ウェッジプリズム３０及びウェッジプリズム４０を、共にｚ軸周りに１８０度回転させた図１４の状態を基準状態としても良い。

図１４は、車両用前照灯装置１００のウェッジプリズム３０、４０の構成を示す説明図である。ただし、この場合には、回転機構５０は、ウェッジプリズム３０ではなくウェッジプリズム４０を駆動する必要がある。その場合のウェッジプリズム４０を回転させる制御手法は、ウェッジプリズム３０を回転させる制御手法と変わらない。

本発明の実施の形態１に係る車両用前照灯装置１００は、光源２１１、光学系２１、回転機構５０及び制御回路６０を有する第一の灯火器９２を備えている。光学系２１は、光源２１１からの光を入射して偏向して出射する第一のウェッジプリズム３０及び第二のウェッジプリズム４０を含んでいる。回転機構５０は、第一のウェッジプリズム３０を、回転軸を中心として回転させる。制御回路６０は、第一のウェッジプリズム３０を、車両のバンク角ｄに応じてバンク方向と逆の方向に回転させるよう回転機構５０を制御する。第一のウェッジプリズム３０及び第二のウェッジプリズム４０は、回転軸に垂直な面が対向するように配置されている。第一のウェッジプリズム３０は、ウェッジ角ａ１が路面の方向を向くように配置されている。また、第一のウェッジプリズム３０は、回転軸を中心として回動可能に配置されている。以上の構成より、車両用前照灯装置１００は、車両が旋回する際に、運転者の視線の向く方向を明るく照明することができる。また、車両用前照灯装置１００は、車体のバンク角の変化に伴い、照射領域を連続的に変化させることができる。光は第一のウェッジプリズム３０の入射面３０１から入射して、出射面３０２から出射する。出射面３０２から出射した光は、第二のウェッジプリズム４０の入射面４０１から入射して、出射面４０２から出射する。なお、実施の形態１では、一例として、回転軸は光軸Ｃに平行として説明した。

また、本発明の実施の形態１に係る車両用前照灯装置１００によれば、光源２１１から出射された光を平行光化する光学素子２０をさらに有することができる。光学素子２０から出射された平行光が光学系２１に入射する。これにより、車両用前照灯装置１００は、正確な配光を実現できる。

また、本発明の実施の形態１に係る車両用前照灯装置１００によれば、制御回路６０は、｜ｄ｜≦｜ｋ｜となるように、第一のウェッジプリズムの回転角ｆを制御している。このため、車両用前照灯装置１００は、回転機構５０への負荷を小さくでき、また、コンパクトな構成を実現できる。角度ｄは、車両のバンク角ｄである。また、車両の前方でかつ車両から予め定められた距離Ｚに位置し、車両の進行方向に対して垂直な平面上で、光源２１１の中心から出射された主光線が到達する位置を原点Ｏ_３とし、原点Ｏ_３を通り地平線２００６と平行な直線をｘ軸とし、原点Ｏ_３を通りｘ軸に直交する直線をｙ軸とする。光学系２１によって偏向された光によって照明される照射位置の座標を座標（Ｘ，Ｙ）とする。座標（Ｘ，Ｙ）と原点Ｏ_３とを結ぶ直線が、ｘ軸となす角を角ｋとする。

また、本発明の実施の形態１に係る車両用前照灯装置１００によれば、制御回路６０は、上述の制御方法以外に次に示す制御をすることができる。制御回路６０は、車両の最大バンク角ｄ_maxとの関係が｜ｋ｜＝｜ｄ_max｜となるときの第一のウェッジプリズムの回転量ｆ_maxを求める。また、制御回路６０は、第一のウェッジプリズムの単位バンク角当たり回転量ｆ_ｕを、回転量ｆ_maxを最大バンク角ｄ_maxで除算した値（ｆ_u＝ｆ_max/ｄ_max）として求める。制御回路６０は、第一のウェッジプリズム３０を車両のバンク方向とは逆方向に、単位バンク角当たり回転量ｆ_ｕに車両が傾斜したバンク角ｄを乗算した値で制御する。このため、制御回路６０は、線形制御が可能であり、制御を簡略化することができる。

また、本発明の実施の形態１に係る車両用前照灯装置１００は、第二の灯火器９１をさらに備えることができる。第二の灯火器９１は、光源１１１と光源１１１の光の配光を調整する光学素子８０とを有している。そして、車両用前照灯装置１００は、第一の灯火器９２から出射された光の配光と第二の灯火器９１から出射された光の配光とを合成して車両の前方を照らすことができる。このため、運転者の走行時の視認性が向上する。

第一の灯火器９２は、第二の灯火器９１よりも高照度で配光領域を照射するものである。第一の灯火器９２は、運転者の視線の向く方向を照明する。また、第二の灯火器９１は、車両の前方の広い範囲を照明する。車両用前照灯装置１００が運転者の視線の向く方向を高照度で照明するため、運転者の走行時の視認性がさらに向上する。

なお、本実施の形態１では、第一のウェッジプリズム３０及び第二のウェッジプリズム４０は、光軸Ｃに垂直な面が対向するように配置した。しかし、第一のウェッジプリズム３０と第二のウェッジプリズム４０との対向する面は、必ずしも光軸に対して垂直に配置される必要はない。第一のウェッジプリズム３０と第二のウェッジプリズム４０との対向する面は、光軸Ｃに対して傾けて配置することができる。光軸Ｃに対してウェッジプリズム３０、４０を傾けて配置した場合には、光軸Ｃに対してウェッジプリズム３０、４０を垂直に配置した場合に比べて、傾いた配光が照射される。したがて、車両用前照灯装置１００を車両の前方方向に対して傾けて配置したい場合などには有利である。しかし、ウェッジプリズム３０、４０の回転軸が傾くため、回転軸が傾かない場合に比べて制御が複雑となる。また、ウェッジプリズム３０、４０を傾ける角度の管理等を考えると、製造性が低下する。また、この様に配光を傾けて照射したい場合には、車両用前照灯装置１００自体を傾けて配置することも考えられる。こちらの方が容易に適用できる場合もある。

実施の形態２．
図１５は、本発明の実施の形態２に係る車両用前照灯装置１０１の構成を概略的に示す図である。図１５に示されるように、実施の形態２に係る車両用前照灯装置１０１の構成は、灯火器９１と灯火器９３との２つの灯火器から構成されている。そして、ウェッジプリズム３６の出射面３１２がシリンドリカル面となっている点で実施の形態１と異なる。すなわち、実施の形態２に係る前照灯１０１は、実施の形態１におけるウェッジプリズム３０の出射面３０２をシリンドリカル面とした、ウェッジプリズム３６を用いている。

上述のように、ウェッジプリズムの２つの屈折面は、一般的に平面であるが、ここで示す「ウェッジプリズム」は、屈折面が曲面の場合を含む。また、ウェッジプリズムは、１つの屈折面を光軸に対して垂直に配置して使用する。また、ウェッジプリズムは、光軸又は光軸に平行な軸を回転軸として回転させて使用される。屈折面が曲面の場合には、「光軸に垂直な面」とは、回転軸が屈折面と交わる点での接平面が光軸に対して垂直であることを意味する。

ウェッジプリズム３６は、回転機構５０によって駆動される。また、出射面３１２は、図１に示すウェッジプリズム３０の出射面３０２に相当する。出射面３０２は、光軸Ｃに垂直な面である。シリンドリカル面は、トロイダル面の一種である。「トロイダル面」とは、図１５で示すｘ軸方向の曲率とｙ軸方向の曲率とが異なるレンズである。「シリンドリカル面」とは、一方向に屈折力を持ち収束または発散し、直交する方向では屈折力をもたない面である。

実施の形態１で説明した車両用前照灯装置１００の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その説明を省略する。車両用前照灯装置１００の構成要素と同様の構成要素は、灯火器９１（光源１１１、遮光板７０及び光学素子８０）、光源２１１、光学素子２０、ウェッジプリズム４０、回転機構５０（駆動源５０１、回転軸５１及び歯車５０２）、歯車５０３及び制御回路６０である。なお、ウェッジプリズ３６の入射面３１１は、入射面３０１と異なる符号を付しているが、構成及び機能は入射面３０１と同じである。

図１６は、車両用前照灯装置１０１のウェッジプリズム３６の説明図である。図１６に示すように、ウェッジプリズム３６の出射面３１２は、ｘ軸方向にのみ負のパワーを有するシリンドリカル面である。図１６（ａ）は、ウェッジプリズム３６の側面図である。つまり、−ｘ軸方向から見た図である。図１６（ｂ）は、ウェッジプリズム３６の平面図である。つまり、＋ｙ軸方向から見た図である。

図１７は、車両用前照灯装置１０１の配光領域を示す説明図である。図１７に実施の形態２に係る車両の直進で走行する際の配光を示す。図１７に示すように、車両の直進時においては、幅方向に広い高照度領域２００４が得られる。「幅方向」とは、地平線２００６の方向である。つまり、「幅方向」とは、水平方向である。これは、ウェッジプリズム３６に入射する光の配光が、ウェッジプリズム３６の出射面３１２のシリンドリカル面のレンズ作用によって水平方向に広げられるからである。ここで、「レンズ作用」とは、光を曲げる作用である。

図１８は、車両用前照灯装置１０１のウェッジプリズム３６、４０の構成を示す説明図である。図１８に、実施の形態２におけるウェッジプリズム３６及びウェッジプリズム４０の配置を示す。

光は、−ｚ軸方向からウェッジプリズム３６の入射面３１１に入射する。入射面３１１は、光軸Ｃに垂直な面に対して傾斜している。図１８では、−ｘ軸方向から見て、入射面３１１は、光軸Ｃに垂直な面に対して時計回りに回転した面である。入射面３１１は、平面である。

入射面３１１からウェッジプリズム３６０に入射した光は、出射面３１２から出射する。出射面３１２は、ｘ軸方向にのみ曲率を持つシリンドリカル面である。光の発散角は、出射面３１２で透過する際に、ｘ軸方向のみ広げられる。「発散角」とは、光の広がる角度である。

ウェッジプリズム３６の出射面３１２から出射した光は、ウェッジプリズム４０１の入射面４０１に入射する。出射面３１２と入射面４０１とは、互いに対向して配置されている。入射面４０１は、光軸Ｃに垂直な平面に平行な面である。入射面４０１は、平面である。

入射面４０１からウェッジプリズム４０に入射した光は、出射面４０２から出射する。出射面４０２は、光軸Ｃに垂直な面に対して傾斜している。図１８では、−ｘ軸方向から見て、光軸Ｃに垂直な面に対して時計回りに回転した面である。出射面４０２は、平面である。図１８では、入射面３１１と出射面４０２とは、互いに平行な面である。つまり、光軸Ｃに垂直な平面に対する入射面３１１の傾き角と出射面４０２の傾き角とは、等しい。

図１９は、車両用前照灯装置１０１の配光の形状を示す説明図である。図１９は、高照度領域３００３を形成する様子を示している。車両が旋回走行をする際に、光源２１１から出射された光は、光学素子２０によって平行化される。平行化された光は、ウェッジプリズム３６及びウェッジプリズム４０によって、高照度領域３００３を形成する。以下に高照度領域３００３を形成する様子を説明する。

まず、図１９に示すように車体が反時計回りにバンク角ｄだけ傾斜している場合を考える。光源２１１の発光面の形状が横長の矩形形状である場合には、図１８に示すウェッジプリズム３６の入射面３１１には、図１９に示す配光３０００の形状の光が入射する。配光３０００は、車体のｘｙｚ座標系でｘ軸方向に幅広い横長の矩形形状をしている。図１９では。配光３０００は粗い破線で示されている。ここで「横長」とは、ｘ軸方向の配光の長さが、ｙ軸方向の長さより長いことである。

入射面３１１を透過した光は、ウェッジプリズム３６がバンク角ｄと逆方向に所望の回転角ｆだけ回転しているために、ウェッジプリズム３６の偏向ベクトルＤ３１の方向に偏向される。ここで、ｘｙｚ座標系をz軸周り−z軸方向からみて時計回りに回転角ｆだけ回転させた座標系をｘ_ｆｙ_ｆｚ座標系とする。偏向ベクトルＤ３１の方向は、−ｙ_ｆ軸方向である。ここで、仮に、ウェッジプリズム３６の出射面３１２がシリンドリカル面でない場合の配光の形状は、図１９の配光３００１となる。配光３００１は、配光３０００が−ｙ_ｆ軸方向に平行移動したものである。図１９では、配光３００１は細かい破線で示されている。

しかしながら、ウェッジプリズム３６の出射面３１２はシリンドリカル面である。このため、出射面３１２から出射される光線は、位置に応じて大きさが異なる偏向ベクトルＤ３１Ｒの方向または偏向ベクトルＤ３１Ｌの方向に偏向される。偏向ベクトルＤ３１Ｒの方向は、−ｘ_ｆ軸方向である。偏向ベクトルＤ３１Ｌの方向は、＋ｘ_ｆ軸方向である。このため、出射面３１２を透過する光は、配光３００１が配光３００２のように変形されて出射される。配光３００２の上辺及び下辺は、地面に水平な直線２００６（地平線）に対してほぼ平行な配光形状である。配光３００１のうち、ｙ_ｆ軸に近い点のｘ_ｆ軸方向への移動量は、ｙ_ｆ軸から遠い点のｘ_ｆ軸方向への移動量より小さい。このため、配光３００２は、平行四辺形の形状をしている。

ウェッジプリズム３６の出射面３１２から出射された光は、ウェッジプリズム４０によって偏向ベクトルＤ４０方向へ更に偏向される。偏向ベクトルＤ４０の方向は、＋ｙ軸方向である。そして、高照度領域３００３が形成される。

図２０は、車両用前照灯装置１０１の配光領域を示す説明図である。図２０に実施の形態２における旋回して走行する際の配光領域を示す。この場合には、実施の形態１に係る灯火器９２と同様に、灯火器９３のウェッジプリズム３６は、バンク角ｄに応じて回転角ｆだけ回転される。

ウェッジプリズム３６の出射面３１２は、シリンドリカル面となっている。これにより、旋回して走行をする際には、高照度領域３００３は、図１７に示す高照度領域２００４の形状から図２０に示す高照度領域３００３の形状に変化する。高照度領域２００４の形状（図１７）は、直進して走行する際の配光の形状である。高照度領域３００３の形状（図２０）は、旋回して走行する際の配光の形状である。図２０に示すように、高照度領域３００３は、旋回時運転者視線領域２００５を効果的に照射している。

つまり、図１３（ｂ）に示すように、実施の形態１に係る車両用前照灯装置１００は、旋回時運転者視線領域２００５の全てを高照度領域２００３で照射することはできなかった。一方、図２０に示すように、実施の形態２に係る車両用前照灯装置１０１は、旋回時運転者視線領域２００５の全てを高照度領域３００３で照射することができる。

実施の形態２によれば、ウェッジプリズム３６は、実施の形態１で示した高照度領域２００３の配光の幅を広げる機能を有する。また、旋回して走行する際には、シリンドリカル面（出射面）３１２のレンズ作用によって実施の形態１で示した高照度領域２００３の形状を最適に変化させる。そのため、車両用前照灯装置１０１は、効果的に旋回時運転者視線領域２００５を照射することができる。つまり、車両用前照灯装置１０１は、旋回時運転者視線領域２００５の全てを高照度領域３００３で照射することができる。

なお、本実施の形態２に係る前照灯１０１の直線道路を走行する際の基準状態は、図１８に示すようにウェッジプリズム３６及びウェッジプリズム４０を配置した。しかし、図２１に示すように、ウェッジプリズム３６及びウェッジプリズム４０を共にｚ軸（光軸Ｃに平行な軸）回りに１８０度回転させて基準状態としても良い。

この場合には、ウェッジプリズム３６の代わりにウェッジプリズム３０を配置する。つまり、シリンドリカル面の形状の出射面３１２は、平面形状の出射面３０１となる。また、ウェッジプリズム４０の代わりにウェッジプリズム４１を配置する。ウェッジプリズム４１の入射面４１１は、シリンドリカル面の形状をしている。つまり、平面形状の入射面４０１は、シリンドリカル面の形状の入射面４１１となる。ただし、このとき回転機構５０は、ウェッジプリズム３０ではなく、ウェッジプリズム４１を駆動する必要がある。ウェッジプリズム４１を駆動する回転機構５０の動作及び回転機構５０を制御する制御部６０の動作は、図１８に示すウェッジプリズム３６、４０の場合と変わらない。

実施の形態２において、ウェッジプリズム３６の出射面３１２又はウェッジプリズム４１の入射面４１１の面形状はシリンドリカル面とした。シリンドリカル面は、トロイダル面の一種であるしかし、シリンドリカル面に限定されるものではない。出射面３１２又は入射面４１１は、車両の旋回走行時にウェッジプリズムを回転させて配光形状を適切に変形できるものであれば、トロイダル面又は非球面などの自由曲面を用いることができる。「非球面」とは、球形ではない曲面からできている面である。例えば、光軸の中心から離れるにしたがって曲率が緩くなるなどの複雑な表面形状の面で、放物面又は多項式で表される面（楕円面、双曲面又は４次曲面など）をもつものである。ここでは、トロイダル面又はシリンドリカル面の曲率を有する面の形状が非球面形状であることを示している。「自由曲面」とは、回転対称軸をもたない面の総称である。非回転対称面ともよばれる。

実施の形態１及び実施の形態２においては、灯火器を２つ備えた装置について説明した。つまり、実施の形態１においては、灯火器９１及び灯火器９２の２つである。また、実施の形態２においては、灯火器９１及び灯火器９３の２つである。しかし、これに限らず、高照度領域２００３を照射する灯火器９２又は高照度領域３００３を照射する灯火器９３のいずれか１つを備えた単一の灯火器であっても良い。つまり、灯火器９１を備えない構成である。このような構成でも、旋回時運転者視線領域２００５を高照度領域２００３、３００３で照射することができるという効果が期待できる。

更に、灯火器の光源については、個々の灯火器にそれぞれの光源を設けたものに限らない。単一の光源を共用して、光学系で主配光領域の光路と高照度領域の光路に配分してするようにしても良い。

実施の形態１及び実施の形態２においては、光学系２１、２２に入射する光は平行光とした。しかしながら、必ずしも平行光である必要はなく、角度のついた光線が入射しても良い。「角度のついた光線」とは、光軸Ｃに垂直な平面に対して傾斜した光線である。つまり、灯火器９２、９３は、光学素子２０を備えない構成も可能である。この場合でも、照射位置Ｐの移動する位置は式（１２）を計算することによって正確に算出することができる。

しかし、角度のついた光線が光学系２１、２２に入射することで、光学系２１、２２から出射された光は入射角度に応じて発散する。光学系２１、２２から出射された光が発散角度を持つと、地平線２００６よりも上側に光が到達して、対向車を眩惑する恐れが生じる。また、光線が路面に到達する距離が近くなり、所望の領域（旋回時運転者視線領域２００５）を照射する効果が低減する可能性がある。これらの弊害及び光の利用効率等を考えると、光学系２１、２２に入射する光は平行光である方が望ましい。

本発明の実施の形態２に係る車両用前照灯装置１０１によれば、第一のウェッジプリズム３６、４１は、回転軸に対して垂直な面が曲面で形成されている。この曲面を透過した光の偏向方向Ｄ３１の発散角は、偏向方向に直交する方向の発散角よりも小さい。このため、旋回時運転者視線領域２００５の全てを高照度領域３００３で効率的に照射することができる。図１９において、偏向方向Ｄ３１は、ｙ軸に平行である。「偏向方向Ｄ３１の発散角」は、ｙ軸方向の発散角である。つまり、ｙ−ｚ平面上での発散角である。また、「偏向方向に直交する方向」は、ｘ軸に平行である。つまり、「偏向方向に直交する方向の発散角」は、ｘ軸方向の発散角である。つまり、ｚ−ｘ平面上での発散角である。

上述した各実施の形態に係る車両用前照灯装置１００、１０１を備える車両は、自動二輪車に限るものではない。例えば、自動三輪車に採用することができる。例えば、「ジャイロ」と呼ばれる自動三輪車である。「ジャイロと呼ばれる自動三輪車」とは、前輪が１輪で、後輪が１軸２輪の３輪でできたスクーターである。日本では原動機付自転車に該当する。車体中央付近に回転軸を持ち、前輪や運転席を含む車体のほとんどを左右方向に傾けることができる。この機構によって、自動二輪車と同様に旋回の際に内側へ重心を移動することができる。

また、四輪の自動車にも採用することができる。四輪の自動車の場合には、例えば、コーナーを左方向に曲がる際には、車体は右方向に傾く。また、コーナーを右方向に曲がる際には、車体は左方向に傾く。これは、遠心力によるものである。この点で、二輪車とバンク方向が逆になる。しかし、四輪の自動車も、車体のバンク角を検出して、高照射領域を修正することができる。また、本発明に係る車両用前照灯装置を備えることで、四輪の自動車は、片輪側だけが障害物などに乗り上げるなどして車体が傾いた場合に、高照度領域を任意に移動させ適切な配光を得ることができる。

本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更又は省略したりすることができる。

なお、上述の各実施の形態においては、「平行」や「垂直」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いているが、これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むものである。

また、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。

１００、１０１ 車両用前照灯装置
１１１、２１１ 光源
２０、８０ 光学素子
１、３０、３６、４０ ウェッジプリズム
１１、２１、３１、３０１、３１１、４０１ 入射面
１２、２２、３２、３０２、３１２、４０２ 出射面
５０ 回転機構
５０１ 駆動源
５０３ 歯車
６０ 制御回路
６５ 車体傾斜検出部
９１、９２、９３ 灯火器
ａ、ａ１、ａ２ ウェッジ角
ｄ バンク角
ｆ 回転角
ｋ 傾き角度
Ｃ 光軸
Ｐ 交わる位置
ＣＡ 円錐角
２００２ 主配光領域
２００３、３００３ 高照度領域
２００５ 旋回時運転者視線領域
２００６ 地平線
２００７ 地面に垂直な直線

本発明に係る車両用前照灯装置は、車両に用いる前照灯装置であって、光を出射する第一の光源と、第一の光源からの光を入射して偏向して出射する第一のウェッジプリズム及び第二のウェッジプリズムを含む光学系と、第一のウェッジプリズムを、回転軸を中心として回転させる回転機構と、第一のウェッジプリズムを、回転させるよう回転機構を制御する制御回路とを有する第一の灯火器を備え、第一のウェッジプリズム及び第二のウェッジプリズムは、回転軸に垂直な面が対向するように配置され、第一のウェッジプリズムは、ウェッジ角が路面の方向を向くように配置されるとともに回転軸を中心として回転可能に配置されている。

Claims (7)

1. 第一の光源と、
   前記第一の光源からの光を入射して偏向して出射する第一のウェッジプリズム及び第二のウェッジプリズムを含む光学系と、
   前記第一のウェッジプリズムを、回転軸を中心として回転させる回転機構と、
   前記第一のウェッジプリズムを、車両のバンク角に応じてバンク方向と逆の方向に回転させるよう前記回転機構を制御する制御回路と
   を有する第一の灯火器を備え、
   前記第一のウェッジプリズム及び前記第二のウェッジプリズムは、前記回転軸に垂直な面が対向するように配置され、
   前記第一のウェッジプリズムは、ウェッジ角が路面の方向を向くように配置されるとともに前記回転軸を中心として回転可能に配置されることを特徴とする車両用前照灯装置。
2. 第一の光源から出射された光を平行光化する光学素子をさらに有し、前記光学素子から出射された平行光が前記光学系に入射することを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯装置。
3. 第一のウェッジプリズムは、回転軸に対して垂直な面が曲面で形成され、前記曲面を透過した光の偏向方向の発散角は、前記偏向方向に直交する方向の発散角よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用前照灯装置。
4. 制御回路は、
   車両の前方でかつ車両から予め定められた距離に位置し、車両の進行方向に対して垂直な平面上で、第一の光源の中心から出射された主光線が到達する位置を原点とし、前記原点を通り地平線と平行な直線をｘ軸とし、前記原点を通りｘ軸に直交する直線をｙ軸とすると、
   前記ｘ軸および前記ｙ軸を含むｘ−ｙ平面上において、
   光学系によって偏向された光によって照明される照射位置の座標を座標（Ｘ，Ｙ）とし、前記座標（Ｘ，Ｙ）と前記原点とを結ぶ直線が前記ｘ軸となす角を角ｋとするとき、
   前記車両のバンク角ｄと前記角ｋとの関係が、｜ｄ｜≦｜ｋ｜となるように、前記第一のウェッジプリズムの回転角ｆを制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の車両用前照灯装置。
5. 制御回路は、
   車両の前方でかつ車両から予め定められた距離に位置し、車両の進行方向に対して垂直な平面上で、第一の光源の中心から出射された主光線が到達する位置を原点とし、前記原点を通り地平線と平行な直線をｘ軸とし、前記原点を通りｘ軸に直交する直線をｙ軸とすると、
   前記ｘ軸および前記ｙ軸を含むｘ−ｙ平面上において、
   光学系によって偏向された光によって照明される照射位置の座標を座標（Ｘ，Ｙ）とし、前記座標（Ｘ，Ｙ）と前記原点とを結ぶ直線が前記ｘ軸となす角を角ｋとするとき、
   前記車両の最大バンク角ｄ_maxと前記角ｋとの関係が、｜ｋ｜＝｜ｄ_max｜となるときの前記第一のウェッジプリズムの回転量ｆ_maxを求め、前記第一のウェッジプリズムの単位バンク角当たり回転量ｆ_ｕをｆ_u＝ｆ_max/ｄ_maxとして求め、前記第一のウェッジプリズムを車両のバンク方向とは逆方向に、前記単位バンク角当たり回転量ｆ_ｕに前記車両が傾斜したバンク角ｄを乗算した値で制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の車両用前照灯装置。
6. 第二の光源と、前記第二の光源の光の配光を調整する光学素子とを有した第二の灯火器をさらに備え、第一の灯火器から出射された光の配光と前記第二の灯火器から出射された光の配光とを合成して車両の前方を照らすことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の車両用前照灯装置。
7. 第一の灯火器は、第二の灯火器よりも高照度で配光領域を照射するものであることを特徴とする請求項６に記載の車両用前照灯装置。

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