JPWO2016157765A1

JPWO2016157765A1 - 照明装置

Info

Publication number: JPWO2016157765A1
Application number: JP2017509239A
Authority: JP
Inventors: 誠阿閉; 公博村上
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-03-14
Also published as: EP3279551A4; JP6314326B2; EP3279551A1; WO2016157765A1

Abstract

明瞭なアダプティブドライビングビームを実現する照明装置を提供する。この照明装置は、レーザー光を発生する光源（１１）と、前記レーザー光を反射するミラー面を有し、ミラー面を駆動可能な可動ミラー（１２）と、可動ミラーによって反射された前記レーザー光が照射され、レーザー光を蛍光に変換する蛍光体（１３）と、を具備する。蛍光体に照射されるレーザー光は、蛍光体上を走査する走査方向の強度分布の立ち上りが、走査方向に略直交する垂直方向の強度分布の立ち上りより急峻である構成を採る。

Description

本発明は、照明装置に関する。

近年、効率の良さ及び指向性の高さから、自動車用ヘッドライトに適用する光源としてレーザー光源が注目されている。レーザー光源を適用した場合、その指向性の高さを活かし、また、可動ミラーを用いることで自由度の高い配光を実現できることが知られている。

本発明に関連する先行文献として特許文献１が挙げられる。特許文献１には、半導体光源からの光を反射するミラーを往復回動させ、ミラーの運動周期を分割した複数の調光区間ごとに半導体光源のオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御し、ミラーの周期運動に半導体光源のＯＮ／ＯＦＦ制御を組合せ、車両周辺の照度分布を調整する車両用灯具が開示されている。

特開２０１０−６１０９号公報

一般に、レーザー光源を自動車用ヘッドライトに適用する場合、レーザー光源から発したレーザー光によって蛍光体を励起させて、白色光源が得られる。

しかしながら、上述した特許文献１には、レーザー光源と蛍光体を用いた自動車用ヘッドライトにおいて、例えば、対向車に対して幻惑防止を目的としたアダプティブドライビングビーム（ＡＤＢ：Adaptive Driving Beam）を行うための具体的なレーザー照射方法が開示されていない。すなわち、ヘッドライト光を照射する領域と照射しない領域との境界域を狭くすることに関しての方法は開示されておらず、従って、明瞭で細かな配光可変を実現することができない。よって、明瞭なアダプティブドライビングビームを実現することができないという問題がある。

本発明の目的は、明瞭なアダプティブドライビングビームを実現する照明装置を提供することである。

本発明の一態様に係る照明装置は、レーザー光を発生する光源と、レーザー光を反射するミラー面を有し、ミラー面を駆動可能な可動ミラーと、可動ミラーによって反射されたレーザー光が照射され、レーザー光を蛍光に変換する蛍光体と、を具備する。そして、蛍光体に照射されるレーザー光は、蛍光体上を走査する走査方向の強度分布の立ち上りが、走査方向に略直交する垂直方向の強度分布の立ち上りより急峻である構成を採る。

本発明によれば、蛍光体上に照射されるレーザー光は、走査方向の強度分布の立ち上りが、走査方向に略直交する垂直方向の強度分布の立ち上りより急峻としたので、走査方向を車両前方の左右方向とすれば、左右方向に明瞭で細かな配光可変を実現することができる。従って、対向車などに対して幻惑防止を目的とした配光を明瞭で細かく設定でき、かつ、左右外側での減光領域を細かく制御できる。これらの結果から、明瞭なアダプティブドライビングビームを実現することができる。

本発明の実施の形態に係る車両の正面図図１の車両左側のヘッドライトを横からみたときの構成図蛍光体上のレーザー励起光強度を説明するための図レーザー光を用いて蛍光体を走査したときの蛍光体上のレーザー照射強度を示す図レーザー光源がレーザー光を発する様子を示す模式図蛍光体の外側に近い領域における光度を徐々に下げる配光パターンを示す図蛍光体の中心と外側との光路差を利用して、蛍光体の外側に近い領域における光度を下げる配光パターンを示す図２つの光源を用いた場合のヘッドライトの構成図２つの光源を用いた場合の配光パターンを示す図蛍光体に照射するスポット領域を方形状にした配光パターンを示す図本発明の実施の形態に係るヘッドライトを制御するための構成を示すブロック図図１０の制御部における制御手順を示すフロー図ヘッドライトが形成する路面照射パターンを示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る車両の正面図である。図１において、車両１の本体ボディの前部の左右両側には、ヘッドライト２が配置されている。

ヘッドライト２は、光の照射方向が車両の前方を向いて配置される。

センサ３は、車両前方に他の車両、人または物体が存在するかどうかを検知し、これらのいずれかが存在する場合にはその位置も検知する。センサ３は、カメラ、レーダー、ソナーのいずれかであり、例えば、ルームミラーの裏側に配置される。

図２は、図１の車両左側のヘッドライト２を横からみたときの構成図である。以下、図２を参照して、ヘッドライト２の構成について説明する。ただし、車両右側のヘッドライトの構成は、車両左側のヘッドライトの構成と同様であるため、ここではその詳細な説明は省略する。ヘッドライト２は、レーザー光源１１、可動ミラー１２、蛍光体１３及び投光レンズ１４を備える。

レーザー光源１１は、レーザー光を発生し、可動ミラー１２に照射する。レーザー光は、例えば、青色または青紫色である。

可動ミラー１２は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーであり、図示せぬ制御部の制御によって、ミラー面を１軸または２軸を中心として高速に振動させる。可動ミラー１２は、レーザー光源１１から発生したレーザー光を反射して、蛍光体１３上を走査する。なお、以下においては、ミラー面が鉛直方向の１軸を中心に振動するものとして説明する。

蛍光体１３は、可動ミラー１２によって反射されたレーザー光が照射され、白色光を生じる。ここでは、蛍光体１３は、青色のレーザー光を白色光に変換し、白色光源となる。すなわち、蛍光体１３は、青色のレーザー光を青色の拡散光と黄色の蛍光に変換し、白色光を発生する。また、レーザー光が青紫色の場合には、蛍光体１３は、青色の蛍光と黄色の蛍光を発生することで白色光を発生する。なお、蛍光体１３は、レーザー光を白色光に限らず、淡黄色光、オレンジ光などに変換してもよい。

投光レンズ１４は、蛍光体１３によって発せられた白色光を集光して、車両前方を照射する。

図３は、蛍光体１３上のレーザー励起光強度を説明するための図である。図３の（ａ）は、蛍光体１３にレーザー光を照射した様子を示す。図３の（ａ）が示すように、蛍光体１３にレーザー光が照射されたとき、蛍光体１３上を走査する走査方向（水平方向）よりも垂直方向に長い（以下、「縦長」という）楕円形状のスポット領域が形成される。

図３の（ｂ）は、水平強度分布を示し、図３の（ｃ）は、垂直強度分布を示す。図３の（ｂ）及び図３の（ｃ）において、ビーム強度がピーク値の１／ｅ^２倍（約１３％）になるときの幅をビーム幅という。図３の（ｂ）より、水平ビーム幅は０．１７ｍｍであり、図３の（ｃ）より、垂直ビーム幅は０．３９ｍｍである。このように、蛍光体１３に照射されるレーザー光は、水平ビーム幅が垂直ビーム幅より狭い。これは、蛍光体上を走査する走査方向の強度分布の立ち上りが、走査方向に略直交する垂直方向の強度分布の立ち上りより急峻であることを示している。

図４は、レーザー光を用いて蛍光体１３を走査したときの蛍光体１３上のレーザー照射強度を示す図である。図４では、蛍光体１３上でのレーザー光のスポット形状が分かりやすいように、蛍光体１３の中心付近に遮光領域（レーザー光の照射を停止する領域）を設けた場合を示している。図４の（ａ）は、縦長のスポット領域で蛍光体１３を走査したときのレーザー照射強度を示し、図４の（ｂ）は、横長（垂直方向よりも水平方向に長い）のスポット領域で蛍光体１３を走査したときのレーザー照射強度を示す。図４の（ａ）、図４の（ｂ）において、グラフの縦軸は、蛍光体１３の半分の高さにおける光強度を示し、グラフの横軸は、蛍光体１３の水平方向の位置を示す。

図４の（ａ）と図４の（ｂ）より、水平方向の配光可変の明瞭さと細かさは、蛍光体上に照射するレーザー光のスポット形状に依存し、水平方向に細いスポット形状であれば、照射領域を水平方向に細かく調整することができる。すなわち、図４の（ａ）に示すように、水平方向に細い縦長のスポット領域で蛍光体１３を走査することにより、水平方向に細かく照射領域を形成できる。一方、図４の（ｂ）から分かるように、水平方向に太い横長のスポット領域で蛍光体１３を走査した場合には、照射領域を水平方向に細かく調整することができない。

図５は、レーザー光源１１がレーザー光を発する様子を示す模式図である。レーザー光源１１となる半導体レーザーに電流が流れると、ｐ型クラッド層Ｌｐとｎ型クラッド層Ｌｎの間に挟まれた活性層Ｌａからレーザー光が照射される。活性層Ｌａは電流注入幅に対して非常に薄いため、活性層Ｌａから出射直後のレーザー光は、図５に示すように、活性層Ｌａの出射部を形成する辺の長さ方向に長軸が位置する楕円となるニアフィールドパターンを形成する。本実施の形態では、ニアフィールドパターンで蛍光体１３を照射する。よって、活性層平面は走査方向と直交するようにレーザー光源１１を配置する。こうすることで、特殊な光学部材を必要とせず、楕円形状のスポット領域を形成することができる。

なお、レーザー光は、活性層Ｌａから出射された後、回折によって楕円の向きが９０°異なり、活性層Ｌａの出射部を形成する辺の長さ方向と直交する方向に長軸が位置する楕円となるファーフィールドパターンを形成する。このため、ファーフィールドパターンで蛍光体１３を照射する場合には、活性層平面が走査方向と平行になるようにレーザー光源１１を配置すればよい。

次に、ヘッドライト２の配光パターンを変化させる場合について、図を用いて説明する。

図６は、蛍光体１３の外側に近い領域における光度を徐々に下げる配光パターンを示す図である。レーザー光源１１は、蛍光体１３の走査範囲の中央より外側に近い領域ほど光度（レーザー光の強度）を下げることにより、外側に近づくほど徐々に暗くなる。その様子を全体的に俯瞰して見ると、外側の光の輪郭が見かけ上ぼやけて見え、運転者の視界の端で急激な光度低下がなくなる。また、ヘッドライト２では、縦長の楕円形状のスポット領域で蛍光体１３を走査するので、外側の光の輪郭のぼやけを細かく制御することができる。すなわち、ヘッドライト２は、明瞭なアダプティブドライビングビームとぼやけた自然な配光とを兼ね備えることができる。この結果、運転者は運転しやすくなる。

図７は、蛍光体１３の中心と外側との光路差を利用して、蛍光体１３の外側に近い領域における光度を下げる配光パターンを示す図である。ここでは、蛍光体１３の走査範囲の中央にレーザー光を照射するときの光路長が、蛍光体１３の走査範囲の外側に近い領域にレーザー光を照射するときの光路長より短くなるようにレーザー光源１１が配置されている。この光路長の差、すなわち、光路差により、図７に示すように、蛍光体１３の走査範囲の中央では、レーザー光のスポット幅が小さくなって、レーザー光の強度が増加し、蛍光体１３の外側に近い領域では、蛍光体１３中心に比べて光路が長くなるため、レーザー光のスポット幅が広がって、レーザー光の強度が低下する。これにより、運転者の視界の端で急激な光度低下がなくなる。すなわち、ヘッドライト２は、明瞭なアダプティブドライビングビームとぼやけた自然な配光とを兼ね備えることができる。この結果、運転者は運転しやすくなる。また、蛍光体１３の外側に近い領域における配光を細かく制御する必要がない。

図８は、２つの光源を用いた場合のヘッドライト２の構成図である。図８に示すヘッドライト２は、図２の構成に固定光源用のレーザー光源１５を追加したものである。レーザー光源１５は、レーザー光を発生し、蛍光体１３に照射する。レーザー光は、例えば、青色または青紫色である。レーザー光源１５は、ファーフィールドパターンで照射する。

図９は、２つの光源を用いた場合の配光パターンを示す図である。上述したようにレーザー光源１５を固定光源とし、レーザー光源１１によって形成される縦長のスポット領域を用いて蛍光体１３を走査する。レーザー光源１５は、蛍光体１３の走査範囲の中央付近に照射する。また、レーザー光源１５は、対向車などに対して遮光領域を形成せず、１つの光源で垂直方向よりも左右方向に照射範囲の広い配光パターンを形成するため、レーザー光源１５が蛍光体１３に照射するスポット領域は、垂直方向より水平方向に長い楕円が好ましい。これにより、運転者の遠方視認性を高め、とりわけ高速走行時の安全性を向上させることができる。また、蛍光体１３の外側に近い領域における配光を細かく制御することができる。なお、レーザー光源１１は、本発明に係る第１光源の一例に相当し、レーザー光源１５は、本発明に係る第２光源に相当する。

図１０は、蛍光体１３に照射するスポット領域を方形状にした配光パターンを示す図である。図１０の（ａ）は、蛍光体１３にレーザー光を照射した様子を示す。また、図１０の（ｂ）は、水平強度分布を示し、図１０の（ｃ）は、垂直強度分布を示す。図１０の（ａ）に示すようなスポット領域を形成するには、レーザー光をコリメータレンズまたはシリンドリカルレンズに通すことにより、実現することができる。この配光パターンにおいても、蛍光体上を走査する走査方向の強度分布の立ち上りが、走査方向に略直交する垂直方向の強度分布の立ち上りより急峻とすることができ、例えば、レーザー光源１１から出射されたレーザー光をファイバーで導光する形態のように、レーザー光源１１のニアフィールドパターンを蛍光体上に引き継げないような光学構成の場合に有効である。

このように、ヘッドライト２が種々の配光パターンを用意し、配光パターンを他の車両及び人の位置に応じて切り替えることにより、車両前方の他の車両または人への眩惑を防止し、かつ、運転者の視界を良好に保つことができる。

図１１は、本発明の実施の形態に係るヘッドライト２を制御するための構成を示すブロック図である。操作部２１は、ヘッドライト２のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチである。

メモリ２２は、ヘッドライト前方、すなわち、白色光の照射方向に先行車、対向車などの他の車両または人が存在する位置に応じた、レーザー光源１１の複数の配光パターンを記憶する。

センサ３は、車両前方に他の車両または人が存在するかどうかを検知し、他の車両または人が存在する場合にはその位置も検知する。

レーザー光源１１は、制御部２３の制御に従って、レーザー光の出力を切り替える。

可動ミラー１２は、制御部２３の制御に従って、ミラーの振動スピードを切り替える。

制御部２３は、操作部２１がヘッドライト２をＯＮに切り替えたら、ＯＮ信号の入力を受けて、センサ３からヘッドライト前方に他の車両または人が存在するかどうかの検知情報を取得し、他の車両または人が存在する場合にはその位置情報も取得する。制御部２３は、ヘッドライト前方に他の車両または人が存在する場合には、その位置に応じたレーザー光源１１の配光パターンをメモリ２２から読み出し、読み出した配光パターンに従って、レーザー光源１１の出力を制御する。すなわち、制御部２３は、走査方向の照射位置に応じて、レーザー光の強度を制御する。また、制御部２３は、ヘッドライト前方に他の車両または人が存在する場合には、その位置を遮光領域として、レーザー光の照射を停止あるいは抑制するようにレーザー光源１１を制御する。

図１２は、図１１の制御部２３における制御手順を示すフロー図である。ステップＳ０１において、制御部２３は、操作部２１からヘッドライト２がＯＮであることを示すＯＮ信号を入力したか否かを判定する。ＯＮ信号を入力した場合（ステップＳ０１：ＹＥＳ）、ステップＳ０２に移行し、ＯＮ信号を入力していない場合（ステップＳ０１：ＮＯ）、制御部２３の処理を終了する。

ステップＳ０２において、制御部２３は、レーザー光源１１及び可動ミラー１２を起動し、ステップＳ０３において、ヘッドライト前方に他の車両（先行車または対向車）、人または障害物等を検知したことを示す検知情報をセンサ３から取得する。

ステップＳ０４において、制御部２３は、ステップＳ０３において取得した検知情報に基づいて、遮光または減光するべき場所かどうかを判定する。すなわち、制御部２３は、検知情報が他の車両または人である場合には、その位置は遮光または減光するべき場所と判定する。遮光または減光するべき場所である場合（ステップＳ０４：ＹＥＳ）、ステップＳ０５に移行し、遮光または減光するべき場所ではない場合（ステップＳ０４：ＮＯ）、ステップＳ０６に移行する。

ステップＳ０５において、制御部２３は、照射光の配光を抑制する配光パターンをメモリ２２から読み出し、読み出した配光パターンに従って、レーザー光源１１を制御する。

ステップＳ０６において、制御部２３は、照射光の配光を抑制しない配光パターンをメモリ２２から読み出し、読み出した配光パターンに従って、レーザー光源１１を制御する。

ステップＳ０７において、制御部２３は、操作部２１からヘッドライト２をＯＦＦにするＯＦＦ信号を入力したか否かを判定する。ＯＦＦ信号を入力した場合（ステップＳ０７：ＹＥＳ）、ステップＳ０８に移行し、ＯＦＦ信号を入力していない場合（ステップＳ０７：ＮＯ）、ステップＳ０３に戻る。

ステップＳ０８において、制御部２３は、レーザー光源１１及び可動ミラー１２を停止して、制御手順の処理を終了する。

図１３は、ヘッドライト２が形成する路面照射パターンを示す図である。図１３に示すように、車両１の前方左側は長い照射領域を形成し、車両１の前方右側は短い照射領域を形成している。これにより、車両１の前方左側を通行する歩行者または障害物を離れた位置から照らすことができる一方、車両１の右側を対向する車両または図示せぬ近くの歩行者に対して眩惑を防止することができる。

このように、本実施の形態によれば、蛍光体に照射したレーザー光が形成するスポット領域の走査方向の強度分布の立ち上がりを、走査方向に略直交する垂直方向の強度分布の立ち上がりより急峻にし、このスポット領域を用いて蛍光体上を走査することにより、明瞭なアダプティブドライビングビームを実現することができる。

本発明は、明瞭なアダプティブドライビングビームを実現するのに有用である。

１車両
２ヘッドライト
３センサ
１１，１５レーザー光源
１２可動ミラー
１３蛍光体
１４投光レンズ
２１操作部
２２メモリ
２３制御部

Claims

レーザー光を発生する光源と、
前記レーザー光を反射するミラー面を有し、前記ミラー面を駆動可能な可動ミラーと、
前記可動ミラーによって反射された前記レーザー光が照射され、前記レーザー光を蛍光に変換する蛍光体と、
を具備し、
前記蛍光体に照射される前記レーザー光は、前記蛍光体上を走査する走査方向の強度分布の立ち上りが、前記走査方向に略直交する垂直方向の強度分布の立ち上りより急峻である、
照明装置。
前記蛍光体に照射される前記レーザー光のスポット領域は、前記走査方向より前記垂直方向に長い略楕円である、
請求項１に記載の照明装置。
前記光源は、
前記レーザー光を出射する活性層を有し、
前記活性層の平面が前記走査方向に直交するように配置される、
請求項１に記載の照明装置。
前記走査方向の照射位置に応じて前記レーザー光の強度を制御する制御部、
をさらに有する、
請求項１に記載の照明装置。
前記光源は、前記蛍光体の走査範囲の中央より外側に近い領域のほうが前記レーザー光の強度が低くなるように照射する、
請求項１に記載の照明装置。
前記光源は、前記レーザー光の出力の制御によって前記レーザー光の強度を低くする、
請求項５に記載の照明装置。
前記光源は、
前記蛍光体の走査範囲の中央に前記レーザー光を照射するときの光路長が、前記蛍光体の走査範囲の外側に近い領域に前記レーザー光を照射するときの光路長より短くなるように配置され、
前記光路長の差により、前記蛍光体の走査範囲の中央より外側に近い領域のほうが前記レーザー光の強度が低くなるように照射する、
請求項５に記載の照明装置。
前記光源は、前記レーザー光として第１のレーザー光を発生する第１光源と、
前記蛍光体の外側より中央に近い領域に固定的に第２のレーザー光を照射する第２光源と、
を有する請求項１に記載の照明装置。
前記蛍光体に照射される前記第２のレーザー光のスポット領域は、前記走査方向が前記垂直方向より長い略楕円である、
請求項８に記載の照明装置。