WO2015146309A1 - ヘッドランプ - Google Patents

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貴夫 齋藤
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スタンレー電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a headlamp equipped on a moving body such as a vehicle.
  • Patent Document 1 There is known a headlamp equipped with an optical deflector manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology (eg, Patent Document 1).
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the optical deflector equipped in the headlamp of Patent Document 1 includes a reflection unit that reflects light, and an actuator that is driven by a driving voltage to reciprocate and rotate the reflection unit around two orthogonal rotation axes. Have. According to this optical deflector, light incident on the reflecting portion from a laser light source or the like is reflected by the reflecting portion that reciprocally rotates around two rotation axes, and is emitted toward the front irradiation region. With this light, the front irradiation area is scanned in the horizontal and vertical directions.
  • the actuator In order to reciprocate the reflecting portion at a predetermined frequency (the reciprocating frequency of the reflecting portion is equal to the scanning frequency of the scanning light), the actuator generally has a waveform voltage represented by a sine wave or a sawtooth wave. Driven.
  • the rotation angle of the reflection portion around the rotation axis corresponds to the drive voltage of the actuator, and the speed of change of the rotation angle is proportional to the time differentiation (change amount per unit time) of the drive voltage of the actuator. Therefore, in the scanning light that scans the irradiation region in the horizontal direction, the horizontal direction as the scanning direction is reversed at the turning point of the driving voltage, and the scanning speed at each time point of the scanning light varies with time of the driving voltage of the actuator. It will be proportional to
  • the scanning light whose horizontal direction is the scanning direction has a scanning speed of the horizontal direction of the irradiation area. It decreases at both ends and increases at the center in the horizontal direction. That is, the central portion in the horizontal direction of the irradiation area is dark and both ends in the horizontal direction are bright. This is the opposite of the desired light distribution pattern.
  • An object of the present invention is to generate a light distribution pattern in which a central portion of an irradiation region is bright and an end portion is dark in a headlamp that scans the irradiation region by generating scanning light with an optical deflector.
  • the headlamp of the present invention is driven by a light source, a reflection part that reflects light from the light source, and first and second drive voltages, and around the first and second rotation axes orthogonal to the reflection part.
  • An actuator unit that reciprocally rotates, and the reflected light from the reflection unit is reciprocated in a first and second rotation angle range by the rotation of the reflection unit around the first and second rotation axes.
  • the optical deflector that is rotated and emitted, and the reflected light that is emitted from the optical deflector in the first and second rotational angle ranges are used as scanning light that scans the irradiation area in the horizontal and vertical directions. And an optical system that emits light.
  • the optical system reflects reflected light in the first rotation angle range, reflected light from a first angle portion from one end angle to an intermediate angle of the first rotation angle range, and the reflected light in the first rotation angle range.
  • the dividing unit that divides the reflected light at the second angle portion from the intermediate angle to the other end angle, and the reflected light that is closer to the one end angle in the reflected light at the first angle portion, proceeds to the left in the horizontal direction, and the irradiation is performed.
  • a right scanning light generation unit that emits scanning light that scans the right side region portion in the horizontal direction of the region, and the reflected light that is closer to the other end angle in the reflected light of the second angle portion, proceeds to the right in the horizontal direction
  • a left scanning light generation unit that emits scanning light for scanning the left region in the horizontal direction of the irradiation region.
  • the first rotation angle range of the reflected light from the optical deflector includes the reflected light of the first angle portion from the one end angle to the intermediate angle and the second angle portion from the intermediate angle to the other end angle.
  • the reflected light at the first angle portion is scanned light that travels to the left in the horizontal direction as the reflected light is closer to the one end angle, and scans the right-side region portion in the horizontal direction of the irradiation region. Is emitted.
  • the reflected light of the second angle portion becomes scanning light that travels to the right in the horizontal direction as the reflected light is closer to the other end angle, and is emitted as scanning light that scans the left region in the horizontal direction of the irradiation region.
  • the central portion of the irradiation region is scanned with scanning light at one end angle and the other end angle of the first rotation angle range, and the left and right end portions of the irradiation region are respectively at intermediate angles of the first rotation angle range. It is scanned by the scanning light.
  • the reflected light at one end angle and the other end angle in the first rotation angle range is bright because the scanning speed is low, and the reflected light at the intermediate angle in the first rotation angle range is dark because the scanning speed is high. Therefore, in the horizontal direction, it is possible to generate a light distribution pattern in which the central portion of the irradiation region is bright and the end portion is dark.
  • the dividing portion is a V-shaped mirror that reflects the reflected light of the first angle portion on one reflecting surface and reflects the reflected light on the second angle portion on the other reflecting surface.
  • the right scanning light generation unit is a first angle portion mirror that reflects the reflected light from the one reflecting surface of the V-shaped mirror toward the right region portion
  • the left scanning light generation unit includes: It is preferable that the second angle portion mirror reflects reflected light from the other reflecting surface of the V-shaped mirror toward the left region portion.
  • the dividing unit of the optical unit, the right side scanning light generation unit, and the left side scanning light generation unit can be realized without hindrance.
  • a prism having a rhombic cross section is provided, and one half of the rhomboid cross section of the prism is incident on the reflected light of the first angle portion from the optical deflector.
  • the split part and the right scanning light generation part are combined, and the other half of the rhomboid section of the prism is from the optical deflector. It is preferable that the reflected light of the second angle portion is incident and the incident reflected light is emitted toward the left side region portion, thereby serving as both the dividing portion and the left side scanning light generating portion.
  • the intermediate angle is set to a rotation angle at the center of the first rotation angle range.
  • both ends in the horizontal direction of the irradiation area are irradiated with scanning light having the darkest rotation angle in the first rotation angle range.
  • region can be increased.
  • the first drive voltage is a sine wave and includes a drive voltage supply unit that adjusts a center voltage and an amplitude of the first drive voltage and supplies the adjusted voltage to the actuator unit.
  • the intermediate angle, the one end angle, and the other end angle of the first rotation angle range are changed by adjusting the center voltage and the amplitude of the first drive voltage of the sine wave.
  • region can be displaced to a horizontal direction. This is useful for controlling the light distribution pattern when the vehicle turns, for example.
  • the optical system reflects the reflected light in the second rotation angle range, and reflects the reflected light in the third angle portion from another end angle to another intermediate angle in the second rotation angle range. And another divided portion that divides the reflected light at the fourth angle portion from the other intermediate angle to the other end angle of the second rotation angle range, and the reflected light at the third angle portion.
  • the lower scanning light generation unit that emits the scanning light that scans the lower region part in the vertical direction of the irradiation region by causing the reflected light that is closer to the other end angle to travel upward in the vertical direction, and the fourth angle part A reflected light that has an upper scanning light generation unit that travels in the lower vertical direction as the reflected light is closer to the other end angle and emits scanning light that scans the upper region of the irradiation area in the vertical direction.
  • the second rotation angle range of the reflected light from the optical deflector is set such that the reflected light of the third angle portion from another one end angle to another intermediate angle is different from the other intermediate angle to another other angle.
  • the reflected light at the fourth angle portion up to the end angle is divided into the reflected light at the third angle portion, and the reflected light closer to the other end angle becomes scanning light that travels upward in the vertical direction.
  • the light is emitted as scanning light for scanning the lower region portion in the direction.
  • the reflected light at the fourth angle portion becomes a scanning light that travels downward in the vertical direction as the reflected light closer to the other end angle, and the scanning light that scans the upper region portion below the irradiation region in the vertical direction. Is emitted.
  • the central portion of the irradiation region is scanned with scanning light at another end angle and another end angle of the second rotation angle range, and the left and right end portions of the irradiation region are in the second rotation angle range. It is scanned by another intermediate angle scanning light.
  • the reflected light at the other end angle and the other end angle in the second rotation angle range is bright because the scanning speed is low, and the reflected light at another intermediate angle in the second rotation angle range is the scanning speed. Is dark because of high. Therefore, it is possible to generate a light distribution pattern in which the central portion of the irradiation region is bright and the end portion is dark in the vertical direction.
  • the second drive voltage is a sine wave or a sawtooth wave, and includes another drive voltage supply unit that adjusts the center voltage and amplitude of the second drive voltage and supplies the adjusted voltage to the actuator unit. Is preferred.
  • FIG. 3A is a waveform diagram of a drive voltage supplied to the piezoelectric film of the actuator of the optical deflector
  • FIG. 3A is a waveform diagram of a sine wave drive voltage
  • FIG. 3B is a waveform diagram of a drive voltage of a sawtooth wave.
  • the figure which shows an optical path and a light distribution pattern when the reflected light from the reflection part of an optical deflector is directly irradiated to the imaging surface of a fluorescent plate.
  • FIG. 9A is an explanatory diagram of a four-divided scanning optical system
  • FIG. 9A is an explanatory diagram of a light distribution pattern when there is no divided scanning optical system
  • FIG. 9B is a diagram showing a configuration of the four-divided scanning optical system and a generated light distribution pattern.
  • FIG. 1 is a block diagram of a headlamp 1 installed in a vehicle.
  • the imaging device 2 is provided in the front part of the vehicle, images the front of the vehicle with a predetermined control cycle, and outputs an imaging signal as a video signal.
  • the imaging device 2 is typically an infrared camera or a visible light camera, but may be a radar.
  • the video signal input unit 3 converts the video signal from the imaging device 2 into a signal that can be processed by the video engine CPU 4 and inputs the signal to the video engine CPU 4.
  • the video engine CPU 4 Based on the video signal from the video signal input unit 3, the video engine CPU 4 detects the presence / absence of a monitoring target such as a pedestrian or a counter vehicle in the monitoring area in front of the vehicle, and further detects the position of the monitoring target. Is detected.
  • the turning sensor 7 detects a signal related to the yawing of the vehicle and the steering operation of the driver, and inputs it to the video engine CPU 4.
  • the video engine CPU 4 determines, based on an input signal from the turning sensor 7, whether the vehicle is going straight or turning left and right.
  • the video engine CPU 4 generates a control signal related to the light distribution pattern of the headlamp based on a predetermined object in the monitoring area in front of the vehicle and the turning state of the vehicle.
  • the control signal of the light distribution pattern of the headlamp includes information related to the direction of the scanning light emitted from the headlamp toward the irradiation area, and information related to the execution of irradiation, the stop of irradiation, and the luminance at each scanning position.
  • the mirror drive unit / synchronization signal generation unit 5 receives a control signal related to the direction of the scanning light emitted from the headlamp toward the irradiation region from the video engine CPU 4. Based on this control signal, the mirror drive unit / synchronization signal generation unit 5 drives the horizontal scanning actuator 24 as an actuator unit of the optical deflector 12 shown in FIG.
  • the drive voltage of the actuator 26 is controlled.
  • the mirror drive unit / synchronization signal generation unit 5 detects the actual rotation angle of the reflection unit 22 from the horizontal scanning actuator 24 and the vertical scanning actuator 26 of the optical deflector 12 (the operation of the laser light source 11 and the optical deflector 12).
  • the video engine CPU 4 determines the direction in which the scanning light reaches from the detection signal of the actual rotation angle of the reflection unit 22, and sends a luminance signal corresponding to the determined direction (scanning position) to the light source control unit 6.
  • the light source control unit 6 receives from the video engine CPU 4 the control signal of information related to the execution and stop of irradiation of the headlamp and the luminance, and controls the on / off of the laser light source 11 and the drive current of the laser light source 11.
  • the laser light La emitted from the laser light source 11 becomes stronger (brighter) as the drive current is larger.
  • the drive current of the laser light source 11 and adjusting the brightness of the scanning light in accordance with the direction in which the scanning light is directed the light distribution pattern in FIGS. 5 and 6 to be described later is corrected. It can also be added.
  • the light deflector 12 controls the rotation angle of the reflection unit 22 (FIG. 2), that is, the emission direction of the reflected light Lb, based on the drive signal from the mirror drive unit / synchronization signal generation unit 5.
  • the divided scanning optical system 13 (an example of an optical system) divides the rotation range of the reflected light Lb incident from the optical deflector 12 into two predetermined rotation angle parts, and each of the one and the other rotation angle parts.
  • the included reflected light Lb is emitted to the fluorescent plate 14 as right scanning light Lb1 and left scanning light Lb2, respectively.
  • the fluorescent plate 14 is disposed at a position where the right scanning light Lb1 and the left scanning light Lb2 form an image, and a predetermined fluorescent material that is emitted by increasing the wavelength of incident light is enclosed in a transparent glass plate.
  • the blue or ultraviolet light of the laser light La from the laser light source 11 changes to white and travels toward the projection lens 15 as white scanning light Lc.
  • a translucent diffusion plate can be used instead of the fluorescent plate 14.
  • the projection lens 15 emits white scanning light Lc emitted from the divided scanning optical system 13 toward an irradiation area in front of the vehicle.
  • FIG. 2 is a perspective view of the optical deflector 12.
  • the optical deflector 12 is manufactured by MEMS technology, and includes a circular reflecting portion 22, a rectangular movable frame 25 that surrounds the reflecting portion 22, and a rectangular support frame 30 that surrounds the movable frame 25.
  • the reflecting portion 22, the movable frame 25, and the support frame 30 are arranged with their centers aligned.
  • the reflection part 22 has a mirror surface.
  • the rotation axis A1 (an example of the first rotation axis) and A2 (an example of the second rotation axis) are defined on the surface (mirror surface) of the reflection unit 22 for convenience of explanation. It is orthogonal at the center.
  • the rotation axes A1 and A2 are the short sides of the support frame 30. And parallel to the long side.
  • the rotation axes A1 and A2 are the rotation axes about which the reflection unit 22 rotates for horizontal (left and right) scanning and vertical (up and down) scanning, respectively. It becomes.
  • the torsion bar 23 extends along the rotation axis A ⁇ b> 1 on both sides of the reflection part 22, and is coupled to the reflection part 22 and the movable frame 25 at both ends.
  • a total of four horizontal scanning actuators 24 extend in parallel to the rotation axis A2, and couple the torsion bar 23 and the movable frame 25 together.
  • the horizontal scanning actuator 24 has a piezoelectric film, and is supplied with a drive voltage having a frequency (for example, 18 kHz) equal to the resonance vibration of the reflecting portion 22 to perform a bending motion in the thickness direction. Reciprocate around the rotation axis A1. As the torsion bar 23 reciprocates around the rotation axis A1, the reflector 22 reciprocates around the rotation axis A1 in the horizontal rotation direction R1.
  • the vertical scanning actuators 26 are disposed on both sides of the movable frame 25 in the long side direction of the support frame 30, are interposed between the movable frame 25 and the support frame 30, and support the movable frame 25 on the support frame 30. .
  • the vertical scanning actuator 26 includes a plurality of cantilevers 27 arranged in a meander pattern and connected in series.
  • the cantilever 27 is a piezoelectric type, and is supplied with a drive voltage having a frequency (eg, 60 Hz) lower than the resonance vibration of the reflection unit 22.
  • the drive voltage supplied to the cantilever 27 has the same effective value and frequency in all cantilevers 27, but the phase Are set in reverse phase with each other between the even-numbered cantilever 27 and the odd-numbered cantilever 27.
  • the adjacent cantilevers 27 bend in the opposite direction and cause the movable frame 25 to reciprocate around a rotation axis that passes through the center of the reflecting portion 22 and is parallel to the long side of the support frame 30. .
  • the reflecting portion 22 reciprocates in the vertical rotation direction R2 around the rotation axis A2.
  • a plurality of electrode pads 31 are formed on the surfaces of the short sides on both sides of the support frame 30, and connected to the horizontal scanning actuator 24 and the piezoelectric film of the cantilever 27 via the wiring inside the optical deflector 12.
  • FIG. 3 shows the drive voltage supplied to the horizontal scanning actuator 24 or the cantilever 27.
  • the waveform of FIG. 3 shows only the characteristics of the waveform, and specific numerical values of frequency and voltage are not clearly shown.
  • 3A is a sine wave
  • FIG. 3B is an example of a sawtooth wave.
  • the deformation speed of the horizontal scanning actuator 24 and the cantilever 27, and thus the reciprocating rotational speed of the reflecting portion 22 around the rotation axis A1 or the rotation axis A2 is proportional to the time change of the driving voltage of the horizontal scanning actuator 24 and the cantilever 27.
  • the drive voltage of both the sine wave and the sawtooth wave has a low change rate at both ends (maximum value and minimum value) of the change range and a high change rate at the center of the change range.
  • both end portions of the drive voltage are rotation angles at both ends of the rotation angle range of the reciprocating rotation of the reflecting portion 22 in the horizontal rotation direction R1 and the vertical rotation direction R2 around the rotation axis A1 or the rotation axis A2.
  • the center portion of the drive voltage corresponds to the rotation angle of the center portion at both ends of the rotation angle range of the reciprocating rotation of the reflection portion 22 around the rotation axis A1 or the rotation axis A2.
  • FIG. 4 shows a light distribution pattern when the reflected light Lb from the reflecting portion 22 of the optical deflector 12 is directly irradiated on the image forming surface 33 of the fluorescent plate 14 without passing through the divided scanning optical system 13 of FIG. Show.
  • the supply voltage of the laser light source 11 is kept constant, and the intensity (brightness or luminance) of the laser light is kept constant.
  • the reflected light Lb reciprocates in the horizontal direction in the horizontal scanning angle range H ⁇ and reciprocates in the vertical direction in the vertical scanning angle range V ⁇ .
  • the rotation angle range around the rotation axis A1 of the reflection portion 22 (an example of the first rotation angle range).
  • a rotation angle range around the rotation axis A2 (an example of the second rotation angle range) means a rotation angle range around the rotation axes A1 and A2 with respect to the normal line at the center point of the reflecting portion 22, respectively.
  • the horizontal scanning angle range H ⁇ is a range of emission angles when the laser light La is incident on one side with respect to the normal line of the reflecting portion 22 and the reflected light Lb is reflected on the other side with respect to the normal line. Means.
  • the rotation angle range of the reflection unit 22 around the rotation axis A1 and the horizontal scanning angle range H ⁇ have a predetermined relationship, they do not have the same value.
  • the rotation angle range of the reflecting portion 22 around the rotation axis A2 and the vertical scanning angle range V ⁇ have a predetermined relationship but do not have the same value.
  • the horizontal scanning angle range H ⁇ is a left scanning angle range portion H1 (scanning angle corresponding to the first angle portion) with the center angle ⁇ o (an example of a scanning angle corresponding to the intermediate angle of the first rotation angle range) as a boundary. Range portion) and a right scanning angle range portion H2 (scanning angle range portion corresponding to the second angle portion).
  • the left-right center line Co is set as the left-right center line of the imaging surface 33, and is an irradiation point on the imaging surface 33 by the reflected light Lb traveling along the center angle ⁇ o.
  • the central angle ⁇ is ⁇ o (an example of a scanning angle corresponding to another intermediate angle), and the upper and lower vertical angles ⁇ are ⁇ a (another one end angle). ) And ⁇ b (an example of a scanning angle corresponding to another other end angle).
  • the vertical scanning angle range V ⁇ has an upper scanning angle range portion V1 (scanning angle range portion corresponding to the third angle portion) and a lower scanning angle range portion V2 (corresponding to the fourth angle portion) with the central angle ⁇ o as a boundary. And a scanning angle range portion).
  • FIG. 4 shows a light distribution pattern when the fluorescent light 14 is irradiated with the reflected light Lb from the reflecting portion 22 of the optical deflector 12 as it is.
  • a scanning locus 35 by the reflected light Lb is continuously formed on the imaging surface 33.
  • the scanning trajectory 35 is scanned in the vertical direction while reversing the direction at both ends in the horizontal direction of the imaging surface 33.
  • the light distribution pattern portion Qa on the left side with respect to the left-right center line Co is irradiated with the reflected light Lb of the scanning angle range portion H1
  • the reflected light Lb when the rotation speed in the horizontal rotation direction R1 around the rotation axis A1 is low is the left end portion of the light distribution pattern portion Qa and the light distribution pattern portion Qb as both ends of the image forming surface 33 in the horizontal direction. Irradiate the right end. Further, the reflected light Lb when the rotation speed in the horizontal rotation direction R1 around the rotation axis A1 is high passes through the right end portion of the light distribution pattern portion Qa and the left end portion of the light distribution pattern portion Qb as the left-right center line Co. Irradiate. As a result, both end portions in the horizontal direction of the imaging surface 33 are bright, and the left and right center lines Co as the center portions are dark light distribution patterns. This light distribution pattern is opposite to the light distribution pattern desired for the headlamp 1.
  • FIG. 5 shows a light distribution pattern generated on the image plane 33 of the fluorescent plate 14 when the divided scanning optical system 13 is interposed between the light deflector 12 and the fluorescent plate 14.
  • a V-shaped mirror 41 (an example of a divided portion) having a V-shaped cross section is arranged with a symmetry plane on a central angle ⁇ o (FIG. 4), and a vertex 42 is located on the symmetry surface, 42, a mirror surface 43a and a mirror surface 43b are provided on both sides.
  • the right scanning light Lb1 in the scanning angle range portion H1 (FIG. 4) from the reflector 22 is incident on the mirror surface 43a
  • the left scanning light Lb2 in the scanning angle range portion H2 is incident on the mirror surface 43b.
  • the right scanning light Lb1 and the left scanning light Lb2 are collectively referred to as “scanning light Lb”.
  • the right irradiation mirror 46a (an example of a right scanning light generation unit and a first angle portion mirror) and the left irradiation mirror 46b (an example of a left scanning light generation unit and a second angle portion mirror) are V-shaped.
  • the mirror 41 is arranged on the left and right respectively.
  • the right irradiation mirror 46a receives the right scanning light Lb1 of the scanning angle range portion H1 reflected from the mirror surface 43a of the V-shaped mirror 41, and the right and left center line Co on the imaging surface 33 is shown in FIG. Is reflected toward the region where the light distribution pattern portion Qa as the right region portion is generated. At that time, the right scanning light Lb1 derived from the reflected light Lb whose angle ⁇ is close to ⁇ a travels to the left in the horizontal direction.
  • the left irradiation mirror 46b receives the left scanning light Lb2 of the scanning angle range portion H2 reflected from the mirror surface 43b of the V-shaped mirror 41, and the left and right center lines Co on the imaging surface 33 are shown in FIG.
  • the light distribution pattern portion Qb as the left region portion is reflected toward the region portion where it is generated.
  • the left scanning light Lb2 derived from the reflected light Lb whose angle ⁇ is close to ⁇ b travels to the right in the horizontal direction.
  • the boundary line Ca is obtained by shifting the left end boundary line of the light distribution pattern portion Qa by the shift amount ⁇ a from the left-right center line Co to the left.
  • the boundary line Cb is obtained by moving the right end boundary line of the light distribution pattern portion Qb from the left / right center line Co to the right by the shift amount ⁇ a.
  • the light distribution pattern portion Qa and the light distribution pattern portion Qb are in contact with each other at the left and right center line Co.
  • the light distribution pattern portion Qa and the light distribution pattern portion Qb partially overlap in the horizontal direction. You can also This overlap is achieved by increasing the amplitude of the sinusoidal drive voltage of FIG. 3A while maintaining the center voltage. As the amount of increase in amplitude increases, the shift amount ⁇ a increases.
  • the video engine CPU 4 turns off the laser light source 11 during the scanning period of the right scanning light Lb1 between the boundary line Ca and the left-right center line Co for the light distribution pattern portion Qa, and the left-right center line for the light distribution pattern portion Qb. It is also possible to adjust the brightness between the boundary lines Ca and Cb of the light distribution pattern by turning off the laser light source 11 during the scanning period of the left scanning light Lb2 between the Co and boundary lines Cb.
  • FIG. 6 shows an example of a light distribution pattern used when the car turns.
  • FIG. 7 shows the waveform of the drive voltage supplied to the piezoelectric film of the horizontal scanning actuator 24 for obtaining the light distribution pattern of FIG.
  • a sine wave is used as the waveform of the drive voltage regardless of whether the driving voltage is straight or turning.
  • the driving voltage is reduced by a predetermined amount relative to the driving voltage when going straight.
  • the rotation angle range of the reflecting portion 22 in the horizontal rotation direction R1 around the rotation axis A1 is shifted in the decreasing direction of the rotation angle, and the right scanning that the mirror surface 43a reflects on the V-shaped mirror 41.
  • the scanning angle range portion H1 of the light Lb1 increases, and the scanning angle range portion H2 of the left scanning light Lb2 reflected by the mirror surface 43b decreases.
  • the boundary line Cc between the light distribution pattern portion Qa and the light distribution pattern portion Qb moves from the left / right center line Co to the left by the shift amount ⁇ b. That is, the portion of the maximum brightness (maximum luminance) in the horizontal direction on the imaging plane 33 is displaced to the boundary line Cc shifted ⁇ b to the left from the left-right center line Co.
  • the vehicle advances with respect to the vehicle width center line in the irradiation region by the left shift to the boundary line Cc as the maximum brightness portion in the imaging plane 33.
  • the left side as a side can be illuminated brightly.
  • the drive voltage is increased by a predetermined amount with respect to the drive voltage when traveling straight.
  • the rotation angle range of the reflecting portion 22 in the horizontal rotation direction R1 around the rotation axis A1 is shifted in the increasing direction of the rotation angle, and the left scanning in which the mirror surface 43b reflects on the V-shaped mirror 41.
  • the scanning angle range portion H2 of the light Lb2 increases, and the scanning angle range portion H1 of the right scanning light Lb1 reflected by the mirror surface 43a decreases.
  • the boundary line Cc between the light distribution pattern portion Qa and the light distribution pattern portion Qb moves to the right with respect to the left-right center line Co.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of another divided scanning optical system 49.
  • the same elements as those of the divided scanning optical system 13 are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted, and differences from the divided scanning optical system 13 will be described.
  • a prism 50 having a diamond-shaped cross section is used instead of the V-shaped mirror 41, the right irradiation mirror 46a, and the left irradiation mirror 46b of the divided scanning optical system 13.
  • the prism 50 is formed in a rhombic cross section in which the two halves 52a and 52b are joined by the joint surface 51, and also functions as a dividing unit, a right scanning light generation unit, and a left scanning light generation unit. Similar to the vertex 42 (FIG. 5) of the V-shaped mirror 41, the joint surface 51 has the right scanning light Lb1 in the scanning angle range portion H1 (FIG. 4) from the reflecting portion 22 and the left scanning light Lb2 in the scanning angle range portion H2. It is located on the boundary surface that separates.
  • the right scanning light Lb1 in the scanning angle range portion H1 (FIG. 4) from the reflecting portion 22 is incident on the reflecting portion 22 side of the half portion 52a, proceeds refracted in the half portion 52a, and is on the fluorescent plate 14 side.
  • the left scanning light Lb2 in the scanning angle range portion H2 (FIG. 4) from the reflecting portion 22 is incident on the reflecting portion 22 side of the half portion 52b, refracts in the half portion 52b, and advances from the fluorescent plate 14 side. Is emitted toward the left region of the center line Co.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of the four-divided scanning optical system 60.
  • FIG. 9A similarly to FIG. 4, the reflected light Lb from the reflecting portion 22 of the optical deflector 12 is irradiated directly onto the imaging surface 33 of the fluorescent plate 14 without passing through the four-part scanning optical system 60 of FIG. 9B.
  • the light distribution pattern is shown.
  • FIG. 9B shows a light distribution pattern generated on the imaging surface 33 of the fluorescent plate 14 when the four-divided scanning optical system 60 is interposed between the optical deflector 12 and the fluorescent plate 14.
  • the light distribution pattern portion Qa and the light distribution pattern portion Qb are the same as the light distribution pattern portions Qa and Qb defined in FIG. That is, the light distribution pattern portion Qa on the left side with respect to the left-right center line Co is generated by the reflected light Lb of the scanning angle range portion H1, and the light distribution pattern portion Qb on the right side with respect to the left-right center line Co is scanned with the scanning angle range portion H2. Of the reflected light Lb.
  • light distribution pattern portions Qc and Qd are newly defined, and the upper light distribution pattern portion Qc with respect to the vertical center line Ch is based on the reflected light Lb of the scanning angle range portion V1 (FIG. 4).
  • the light distribution pattern portion Qd on the lower side with respect to the vertical center line Ch is irradiated with the reflected light Lb of the scanning angle range portion V2 (FIG. 4).
  • the imaging plane 33 is divided into four light distribution pattern portions, upper left, lower left, upper right, and lower right, by a horizontal center line Co and a vertical center line Ch.
  • Qac is in the upper left pattern portion
  • Qad is in the lower left light distribution pattern portion
  • Qbc is in the upper right light distribution pattern portion
  • Qbd is in the lower right light distribution pattern portion.
  • the scanning locus 70a1 is generated in the light distribution pattern portion Qac
  • the scanning locus 70a2 is generated in the light distribution pattern portion Qad
  • the scanning locus 70b1 is generated in the light distribution pattern portion Qbc
  • the scanning locus 70b2 is generated in the light distribution pattern portion Qbd. Is done. These scanning trajectories are continuous on the imaging plane 33 in FIG. 9A.
  • the reflected light Lb belonging to both of the scanning angle range portions H1 and V1 is incident on the light distribution pattern portion Qac.
  • Reflected light Lb belonging to both the scanning angle range portions H1 and V2 is incident on the light distribution pattern portion Qad.
  • Reflected light Lb belonging to both of the scanning angle range portions H2 and V1 is incident on the light distribution pattern portion Qbc.
  • Reflected light Lb belonging to both of the scanning angle range portions H2 and V2 (light distribution pattern portions Qb and Qd) is incident on the light distribution pattern portion Qbd.
  • FIG. 9B in the four-divided scanning optical system 60, instead of the V-shaped mirror 41, the right irradiation mirror 46a, and the left irradiation mirror 46b of the divided scanning optical system 13, a quadrangular pyramid having four reflecting surfaces.
  • a mirror 61 is provided.
  • the quadrangular pyramid mirror 61 is shown in a plan view, but in the actual arrangement in the four-part scanning optical system 60, the center line of the quadrangular pyramid mirror 61 (perpendicular drawn from the apex 62 to the bottom surface) is horizontal. It exists on the central angle ⁇ o of the directional scanning angle range H ⁇ and the central angle ⁇ o (FIG. 4) of the vertical scanning angle range V ⁇ .
  • a reflecting surface 63a1 (an example of a lower scanning light generation unit) having a predetermined contour
  • 63a2 an example of an upper scanning light generation unit
  • 63b1 one of lower scanning light generation units
  • Example 1 a reflecting surface 63a1 (an example of a lower scanning light generation unit) having a predetermined contour
  • 63a2 an example of an upper scanning light generation unit
  • 63b1 one of lower scanning light generation units.
  • Example 1 On each side surface of the quadrangular pyramid mirror 61, a reflecting surface 63a1 (an example of a lower scanning light generation unit) having a predetermined contour, 63a2 (an example of an upper scanning light generation unit), and 63b1 (one of lower scanning light generation units).
  • Example 1 a reflecting surface 63a1 (an example of a lower scanning light generation unit) having a predetermined contour
  • 63a2 an example of an upper scanning light generation unit
  • 63b1 one of lower scanning light generation units
  • the right scanning light Lb1a of the light distribution pattern portion Qac of the reflecting surface 63a1 proceeds to the lower right irradiation mirror 66a1, is reflected by the lower right irradiation mirror 66a1, and is reflected on the imaging surface 33 by the lower right region portion (in the right region portion). A region portion which is a lower region portion).
  • the right scanning light Lb1b of the light distribution pattern portion Qad of the reflecting surface 63a2 proceeds to the upper right irradiation mirror 66a2, is reflected by the upper right irradiation mirror 66a2, and is reflected in the upper right region portion (the right region portion and the upper side) on the imaging surface 33.
  • a region portion which is a region portion) is irradiated.
  • the left scanning light Lb2a of the light distribution pattern portion Qbc of the reflecting surface 63b1 proceeds to the lower left irradiation mirror 66b1, is reflected by the lower left irradiation mirror 66b1, and is reflected by the lower left region portion (the left region portion and the lower portion of the imaging surface 33). A region portion which is a side region portion) is irradiated.
  • the left scanning light Lb2b of the light distribution pattern portion Qbd of the reflecting surface 63b2 proceeds to the upper left irradiation mirror 66b2, is reflected by the upper left irradiation mirror 66b2, and is reflected on the upper left region portion (the left region portion and the upper side) by the imaging surface 33.
  • a region portion which is a region portion) is irradiated.
  • the scanning lights Lb1a and Lb2a emitted from the lower right irradiation mirror 66a1 and the lower left irradiation mirror 66b1 travel upward in the vertical direction as the scanning lights Lb1a and Lb2a derived from the reflected lights Lb1 and Lb2 whose angles ⁇ (FIG. 4) are close to ⁇ a.
  • the scanning lights Lb1b and Lb2b emitted from the upper right irradiation mirror 66a2 and the upper left irradiation mirror 66b2 travel downward in the vertical direction as the scanning lights Lb1b and Lb2b derived from the reflected lights Lb1 and Lb2 whose angles ⁇ (FIG. 4) are close to ⁇ b.
  • the scanning lights Lb1b and Lb2a emitted from the upper right irradiation mirror 66a2 and the upper left irradiation mirror 66b2 travel downward in the vertical direction as the scanning lights Lb1b and Lb2b
  • a light distribution pattern is generated on the imaging plane 33 in FIG. 9B with a bright central portion and dark left and right and upper and lower peripheral portions.
  • the driving voltage of the horizontal scanning actuator 24 has been described.
  • the driving voltage of FIG. 7 is applied as the driving voltage of the vertical scanning actuator 26 in the quadrant scanning optical system 60 of FIG. 9B.
  • the headlamp of the present invention is not limited to a headlamp of an automobile, but can also be employed as a headlamp of a vehicle such as a railway vehicle or a two-wheeled vehicle or other moving bodies such as a small ship or a mobile robot.

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Abstract

分割走査光学系(13)は、光偏向器の反射部(22)の第1回動角範囲を、一端角から中間角までの第1角度部分の右走査光(Lb1)と、中間角から他端角までの第2角度部分の左走査光(Lb2)とに分割する分割部(41)と、第1角度部分の反射光において一端角に近い反射光ほど水平方向左側を進行させて、照射領域の水平方向の右側領域部分を走査する走査光として出射する右側走査光生成部(46a)と、第2角度部分の反射光において他端角に近い反射光ほど水平方向右側を進行させて、照射領域の水平方向の左側領域部分を走査する走査光として出射する左側走査光生成部(46b)とを有する。

Description

ヘッドランプ
 本発明は、車両等の移動体に装備されるヘッドランプに関する。
 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用して製作した光偏向器を装備するヘッドランプが知られている(例:特許文献1)。
 特許文献1のヘッドランプに装備されている光偏向器は、光を反射する反射部と、駆動電圧により駆動されて、反射部を直交する2つの回転軸線の回りに往復回動させるアクチュエータとを有する。この光偏向器によれば、レーザ光源等から反射部に入射した光は、2つの回転軸線の回りに往復回動する反射部に反射されて、前方の照射領域に向けて出射される。この光により、前方の照射領域が水平方向及び垂直方向に走査される。
 反射部を所定周波数で往復回動させるために(反射部の往復回動の周波数は走査光の走査周波数に等しい)、アクチュエータは、一般的に、正弦波やのこぎり波で表わされる波形の電圧で駆動される。
特開2013-8480号公報
 反射部の回転軸線の回りの回動角は、アクチュエータの駆動電圧に対応するとともに、回動角の変化の速度は、アクチュエータの駆動電圧の時間微分(単位時間当たりの変化量)に比例する。したがって、照射領域を水平方向に走査する走査光では、駆動電圧の折り返し点で走査方向としての水平方向の向きが反転するとともに、走査光の各時点の走査速度は、アクチュエータの駆動電圧の時間変化に比例することになる。
 従来のヘッドランプにおいて、該ヘッドランプが備える光偏向器のアクチュエータが正弦波やのこぎり波の波形電圧で駆動される場合、水平方向を走査方向とする走査光は、走査速度が照射領域の水平方向両端部で低下し、水平方向中心部で増大している。すなわち、照射領域の水平方向中心部が暗く、水平方向両端が明るくなる。これは、望ましい配光パターンとは逆になってしまう。
 本発明の目的は、光偏向器により走査光を生成して照射領域を走査するヘッドランプにおいて、照射領域の中心部が明るく、端部が暗くなる配光パターンを生成することである。
 本発明のヘッドランプは、光源と、前記光源からの光を反射する反射部と、第1及び第2駆動電圧により駆動されて、前記反射部を直交する第1及び第2回転軸線の回りに往復回動させるアクチュエータ部とを有し、前記第1及び前記第2回転軸線の回りの前記反射部の回動により前記反射部からの反射光を、第1及び第2回動角範囲で往復回動させて出射する光偏向器と、前記第1及び前記第2回動角範囲で前記光偏向器から出射されて来る反射光を、照射領域を水平方向及び垂直方向に走査する走査光として出射する光学系とを備える。前記光学系は、前記第1回動角範囲の反射光を、前記第1回動角範囲の一端角から中間角までの第1角度部分の反射光と、前記第1回動角範囲の前記中間角から他端角までの第2角度部分の反射光とに分割する分割部と、前記第1角度部分の反射光において前記一端角に近い反射光ほど水平方向左側を進行させて、前記照射領域の水平方向の右側領域部分を走査する走査光として出射する右側走査光生成部と、前記第2角度部分の反射光において前記他端角に近い反射光ほど水平方向右側を進行させて、前記照射領域の水平方向の左側領域部分を走査する走査光として出射する左側走査光生成部とを有する。
 本発明によれば、光偏向器からの反射光の第1回動角範囲が、一端角から中間角までの第1角度部分の反射光と、中間角から他端角までの第2角度部分の反射光とに分割され、第1角度部分の反射光は、一端角に近い反射光ほど水平方向左側を進行する走査光となって、照射領域の水平方向の右側領域部分を走査する走査光として出射される。また、第2角度部分の反射光は、他端角に近い反射光ほど水平方向右側を進行する走査光となって、照射領域の水平方向の左側領域部分を走査する走査光として出射される。
 この結果、照射領域の中心部は、第1回動角範囲の一端角及び他端角の走査光により走査され、照射領域の左右の端部は、それぞれ第1回動角範囲の中間角の走査光により走査されることになる。第1回動角範囲の一端角及び他端角の反射光は、走査速度が低いために明るく、また、第1回動角範囲の中間角の反射光は、走査速度が高いために暗い。したがって、水平方向において、照射領域の中心部が明るく、端部が暗くなる配光パターンを生成することができる。
 本発明のヘッドランプにおいて、前記分割部は、一方の反射面では前記第1角度部分の反射光を反射し、他方の反射面では前記第2角度部分の反射光を反射するV字ミラーであり、前記右側走査光生成部は、前記V字ミラーの前記一方の反射面からの反射光を前記右側領域部分に向けて反射する第1角度部分用ミラーであり、前記左側走査光生成部は、前記V字ミラーの前記他方の反射面からの反射光を前記左側領域部分に向けて反射する第2角度部分用ミラーであることが好ましい。
 この構成によれば、V字ミラーと第1及び第2角度部分用ミラーとを使って、光学部の分割部、右側走査光生成部及び左側走査光生成部を支障なく、実現することができる。
 本発明のヘッドランプにおいて、断面形状が菱形のプリズムを備え、前記プリズムにおける前記菱形断面の一方の半部は、前記光偏向器からの前記第1角度部分の反射光が入射して、入射した反射光を前記右側領域部分へ向けて出射することにより、前記分割部と前記右側走査光生成部とを兼ねるものであり、前記プリズムにおける前記菱形断面の他方の半部は、前記光偏向器からの前記第2角度部分の反射光が入射して、入射した反射光を前記左側領域部分へ向けて出射することにより、前記分割部と前記左側走査光生成部とを兼ねることが好ましい。
 この構成によれば、菱形断面のプリズムを使って、光学部の分割部、右側走査光生成部及び左側走査光生成部を支障なく実現することができる。
 本発明のヘッドランプにおいて、前記中間角は、前記第1回動角範囲の中心の回動角に設定されていることが好ましい。
 この構成によれば、照射領域の水平方向両端部が、第1回動角範囲の中で最も暗い回動角の走査光で照射される。これにより、照射領域の水平方向の中心部と両端とのコントラストを増大することができる。
 本発明のヘッドランプにおいて、前記第1駆動電圧は正弦波であり、前記第1駆動電圧の中心電圧及び振幅を調整して前記アクチュエータ部に供給する駆動電圧供給部を備えることが好ましい。
 この構成によれば、正弦波の第1駆動電圧の中心電圧及び振幅を調整することにより、第1回動角範囲の中間角、一端角及び他端角が変更される。これにより、照射領域と照射領域内で最も明るい部分を水平方向に変位することができる。このことは、例えば、車両旋回時の配光パターンの制御に有益となる。
 本発明のヘッドランプにおいて、前記光学系は、前記第2回動角範囲の反射光を、前記第2回動角範囲の別の一端角から別の中間角までの第3角度部分の反射光と、前記第2回動角範囲の前記別の中間角から別の他端角までの第4角度部分の反射光とに分割する別の分割部と、前記第3角度部分の反射光において前記別の一端角に近い反射光ほど垂直方向上側を進行させて、前記照射領域の垂直方向の下側領域部分を走査する走査光として出射する下側走査光生成部と、前記第4角度部分の反射光において前記別の他端角に近い反射光ほど垂直方向下側を進行させて、前記照射領域の垂直方向の上側領域部分を走査する走査光として出射する上側走査光生成部とを有することが好ましい。
 この構成によれば、光偏向器からの反射光の第2回動角範囲を、別の一端角から別の中間角までの第3角度部分の反射光と、別の中間角から別の他端角までの第4角度部分の反射光とに分割され、第3角度部分の反射光は、別の一端角に近い反射光ほど垂直方向上側を進行する走査光となって、照射領域の垂直方向の下側領域部分を走査する走査光として出射される。また、第4角度部分の反射光は、別の他端角に近い反射光ほど垂直方向下側を進行する走査光となって、照射領域の垂直方向下側の上側領域部分を走査する走査光として出射される。
 この結果、照射領域の中心部は、第2回動角範囲の別の一端角及び別の他端角の走査光により、走査され、照射領域の左右の端部は、第2回動角範囲の別の中間角の走査光により走査されることになる。第2回動角範囲の別の一端角及び別の他端角の反射光は、走査速度が低いために明るく、また、第2回動角範囲の別の中間角の反射光は、走査速度が高いために暗い。したがって、垂直方向に、照射領域の中心部が明るく端部が暗くなる配光パターンを生成することができる。
 本発明のヘッドランプにおいて、前記第2駆動電圧は正弦波又はのこぎり波であり、前記第2駆動電圧の中心電圧及び振幅を調整して前記アクチュエータ部に供給する別の駆動電圧供給部を備えることが好ましい。
 この構成によれば、正弦波又はのこぎり波の第2駆動電圧の中心電圧及び振幅を調整することにより、第2回動角範囲の別の中間角、別の一端角及び別の他端角が変更される。これにより、照射領域と照射領域内で最も明るい部分を垂直方向に変位することができる。このことは、例えば、監視対象物の検出に応じてハイビームとロービームとを切替える制御に有益となる。
車両に装備されるヘッドランプのブロック図。 光偏向器の斜視図。 光偏向器のアクチュエータの圧電膜に供給される駆動電圧の波形図であり、図3Aは正弦波の駆動電圧の波形図、図3Bはのこぎり波の駆動電圧の波形図。 光偏向器の反射部からの反射光を直接、蛍光板の結像面に照射したとき光路と配光パターンと示す図。 光偏向器の反射部からの反射光を、分割走査光学系を経て蛍光板の結像面に照射したときの光路と配光パターンと示す図。 自動車旋回時に使用する配光パターンと光路を示す図。 図6の配光パターンを得るための水平走査アクチュエータの圧電膜に供給する駆動電圧の波形を示す図。 別の分割走査光学系の構成図。 4分割走査光学系の説明図であり、図9Aは分割走査光学系無しのときの配光パターンの説明図、図9Bは4分割走査光学系の構成と生成される配光パターンを示す図。
 図1は、車両に装備されるヘッドランプ1のブロック図である。撮像装置2は、車両の前部に配備され、車両前方を所定の制御周期で撮影し、撮像信号を映像信号として出力する。撮像装置2は、典型的には赤外線カメラや可視光カメラであるが、レーダーであってもよい。映像信号入力部3は、撮像装置2からの映像信号を映像エンジンCPU4が処理可能な信号に変換して、映像エンジンCPU4に入力する。
 映像エンジンCPU4は、映像信号入力部3からの映像信号に基づいて車両前方の監視領域の歩行者や対抗車等の監視対象物について有無の検出、及び監視対象物が有りであるときにはさらにその位置を検出する。旋回センサ7は、車両のヨーイングや、運転者のステアリング操作に係る信号を検出し、映像エンジンCPU4に入力する。映像エンジンCPU4は、旋回センサ7からの入力信号に基づいて、車両が直進しているか、左右どちらに旋回しているか等を判断する。
 映像エンジンCPU4は、車両前方の監視領域の所定の対象物や車両の旋回状態に基づいてヘッドランプの配光パターンに係る制御信号を生成する。ヘッドランプの配光パターンの制御信号には、ヘッドランプから照射領域に向けて出射する走査光の方向に係る情報と、照射実施や照射中止及び各走査位置の輝度に係る情報とが含まれる。
 ミラー駆動部・同期信号生成部5(駆動電圧供給部の1例)は、映像エンジンCPU4から、ヘッドランプから照射領域に向けて出射する走査光の方向に係る制御信号を受取る。ミラー駆動部・同期信号生成部5は、この制御信号に基づいて、図2に示す光偏向器12のアクチュエータ部としての水平走査アクチュエータ24の駆動電圧(第1駆動電圧の1例)及び垂直走査アクチュエータ26の駆動電圧(第2駆動電圧の1例)を制御する。ミラー駆動部・同期信号生成部5は、光偏向器12の水平走査アクチュエータ24及び垂直走査アクチュエータ26から反射部22の実際の回動角の検出信号(レーザ光源11の作動と光偏向器12の作動とを同期させる信号として使用)を入力し、映像エンジンCPU4に入力する。映像エンジンCPU4は、反射部22の実際の回動角の検出信号から、走査光が到達している方向を割り出し、割り出した方向(走査位置)に対応する輝度信号を光源制御部6へ送る。
 光源制御部6は、映像エンジンCPU4から、ヘッドランプの照射実施や照射中止、及び輝度に係る情報の制御信号を受け取り、レーザ光源11のオン、オフや、レーザ光源11の駆動電流を制御する。レーザ光源11が出射するレーザ光Laは、駆動電流が大きいほど、強く(明るく)なる。
 この実施形態では、レーザ光源11の駆動電流は一定に制御されて、レーザ光Laの明るさ(=走査光の明るさ)は常時一定として、後述の図5及び図6等の配光パターンを生成している。しかしながら、レーザ光源11の駆動電流を変化させて、走査光が向かっている方向に応じて、走査光の明るさを調整することにより、後述の図5及び図6等の配光パターンに補正を加えることもできる。
 光偏向器12は、ミラー駆動部・同期信号生成部5からの駆動信号に基づいて反射部22(図2)の回動角、すなわち反射光Lbの出射方向を制御する。
 分割走査光学系13(光学系の1例)は、光偏向器12から入射する反射光Lbの回動範囲を所定の回動角部分に2分割し、一方及び他方の回動角部分にそれぞれ含まれる反射光Lbをそれぞれ右走査光Lb1及び左走査光Lb2として蛍光板14に出射する。蛍光板14は、右走査光Lb1及び左走査光Lb2が結像する位置に配設され、入射光の波長を増大させて出射する所定の蛍光材が透明ガラス板内に封入されている。これにより、レーザ光源11からのレーザ光Laの青色や紫外光は、白色に変化して、白色の走査光Lcとして投影レンズ15の方へ向かう。なお、レーザ光Laが青色や紫外光でなく、RGBレーザ混色の白色光であるときは、蛍光板14に代えて、半透明の拡散板を用いることができる。
 投影レンズ15は、分割走査光学系13から出射されて来る白色の走査光Lcを車両前方の照射領域に向けて出射する。
 図2は光偏向器12の斜視図である。光偏向器12は、MEMS技術により製造され、円形の反射部22と、反射部22を包囲する矩形の可動枠25と、可動枠25を包囲する矩形の支持枠30とを備えている。反射部22、可動枠25及び支持枠30は、中心を揃えて配設されている。
 反射部22は、表面がミラー面になっている。回転軸線A1(第1回転軸線の1例),A2(第2回転軸線の1例)は、説明の便宜上、反射部22の表面(ミラー面)上に定義したものであり、反射部22の中心において直交している。光偏向器12の休止時(光偏向器12が作動停止状態にあり、ミラー面が光偏向器12の真っ直ぐ前方に向けられているとき)では、回転軸線A1,A2は支持枠30の短辺及び長辺に平行になっている。
 光偏向器12がヘッドランプ1に装備されるときは、回転軸線A1,A2が、それぞれ水平方向(左右方向)走査及び垂直方向(上下方向)走査のために反射部22が回動する回転軸線となる。
 トーションバー23は、反射部22の両側において回転軸線A1に沿って延在し、両端において反射部22と可動枠25とに結合している。
 計4つの水平走査アクチュエータ24は、回転軸線A2に対して平行に延在し、トーションバー23と可動枠25とを結合している。水平走査アクチュエータ24は、圧電膜を有し、圧電膜に、反射部22の共振振動に等しい周波数(例:18kHz)の駆動電圧を供給されて、厚み方向に湾曲運動を行い、トーションバー23を回転軸線A1の回りに往復回動させる。反射部22は、回転軸線A1の回りのトーションバー23の往復回動に伴い、回転軸線A1の回りに水平回動方向R1で往復回動する。
 垂直走査アクチュエータ26は、支持枠30の長辺方向に可動枠25の両側に配設され、可動枠25と支持枠30との間に介在し、可動枠25を支持枠30に支持している。垂直走査アクチュエータ26は、ミアンダパターンで配列されて直列に接続される複数のカンチレバー27を備えている。カンチレバー27は、圧電式であり、反射部22の共振振動より低い周波数(例:60Hz)の駆動電圧を供給される。
 カンチレバー27について、可動枠25に近い方から順番に1番~4番の番号を付けると、カンチレバー27に供給される駆動電圧は、実効値及び周波数は全部のカンチレバー27において同一であるが、位相は、偶数番のカンチレバー27と奇数番のカンチレバー27とで相互に逆相に設定される。これにより、隣り同士のカンチレバー27は、逆方向に湾曲し、可動枠25を、反射部22の中心を通り、かつ支持枠30の長辺に対して平行な回転軸線の回りに往復回動させる。この結果、反射部22は、回転軸線A2の回りの垂直回動方向R2で往復回動する。
 電極パッド31は、支持枠30の両側の短辺部の表面に複数形成され、光偏向器12の内部の配線を介して、水平走査アクチュエータ24やカンチレバー27の圧電膜に接続されている。
 図3は、水平走査アクチュエータ24又はカンチレバー27に供給される駆動電圧を示している。図3の波形は、波形の特徴のみを示したものであり、周波数及び電圧の具体的な数値は明示していない。図3Aは正弦波であり、図3Bはのこぎり波の例である。水平走査アクチュエータ24及びカンチレバー27の変形速度、したがって反射部22の回転軸線A1又は回転軸線A2の回りの往復回動速度は、水平走査アクチュエータ24及びカンチレバー27の駆動電圧の時間変化に比例する。正弦波及びのこぎり波の駆動電圧は共に、変化範囲の両端部(最大値と最小値)で変化速度が低く、変化範囲の中心部で変化速度が高くなっている。
 一方、駆動電圧の両端部分は、回転軸線A1又は回転軸線A2の回りの水平回動方向R1及び垂直回動方向R2での反射部22の往復回動の回動角範囲の両端の回動角に対応する。さらに、駆動電圧の中心部は、回転軸線A1又は回転軸線A2の回りの反射部22の往復回動の回動角範囲の両端の中心部の回動角に対応する。
 図4は、光偏向器12の反射部22からの反射光Lbを直接、すなわち図1の分割走査光学系13を通すことなく、蛍光板14の結像面33に照射したときの配光パターンを示している。なお、図4以降の配光パターン図では、レーザ光源11の供給電圧は一定に維持して、レーザ光の強さ(明るさ又は輝度)は一定に維持されている。
 図4において、反射光Lbは、水平方向走査角範囲Hαで水平方向に往復走査運動するとともに、垂直方向走査角範囲Vβで垂直方向に往復走査運動する。なお、反射部22の回転軸線A1の回りの回動角範囲(第1回動角範囲の1例)
及び回転軸線A2の回りの回動角範囲(第2回動角範囲の1例)は、それぞれ反射部22の中心点における法線についての回転軸線A1,A2の回りの回動角範囲を意味する。水平方向走査角範囲Hαは、レーザ光Laが反射部22の法線に対して一方の側から入射して反射光Lbが該法線に対して他方の側へ反射するときの出射角度の範囲を意味する。したがって、反射部22の回転軸線A1の回りの回動角範囲と、水平方向走査角範囲Hαとは所定の関係を有するものの、同一の値にはならない。同様に、反射部22の回転軸線A2の回りの回動角範囲と、垂直方向走査角範囲Vβとは、所定の関係を有するものの、同一の値にはならない。
 水平方向走査角範囲Hαは、中心の角度αがαoであり、水平方向左端及び右端の角度αが、それぞれαa(第1回動角範囲の一端角に対応する走査角の1例)及びαb(第1回動角範囲の他端角に対応する走査角の1例)である。水平方向走査角範囲Hαは、中心角度αo(第1回動角範囲の中間角に対応する走査角の1例)を境に左側の走査角範囲部分H1(第1角度部分に対応する走査角範囲部分)と、右側の走査角範囲部分H2(第2角度部分に対応する走査角範囲部分)とに分割される。左右中心線Coは、結像面33の左右の中心線として設定されており、中心角度αoに沿って進行して来る反射光Lbによる結像面33上の照射点となっている。
 垂直方向走査角範囲Vβの範囲は、中心の角度βが、それぞれβo(別の中間角に対応する走査角の1例)であり、垂直方向上端及び下端の角度βがβa(別の一端角に対応する走査角の1例)及びβb(別の他端角に対応する走査角の1例)である。垂直方向走査角範囲Vβは、中心角度βoを境に上側の走査角範囲部分V1(第3角度部分に対応する走査角範囲部分)と下側の走査角範囲部分V2(第4角度部分に対応する走査角範囲部分)とに分割される。
 図4は、光偏向器12の反射部22からの反射光Lbをそのまま、蛍光板14に照射したときの配光パターンである。結像面33には、反射光Lbによる走査軌跡35が連続的に形成される。走査軌跡35は、結像面33の水平方向両端で向きを反転しつつ、垂直方向に走査される。図4において、左右中心線Coに対して左側の配光パターン部分Qaは走査角範囲部分H1の反射光Lbにより照射され、左右中心線Coに対して右側の配光パターン部分Qbは走査角範囲部分H2の反射光Lbにより照射される。
 回転軸線A1の回りの水平回動方向R1の回動速度の低い時の反射光Lbが結像面33の水平方向の両端部としての配光パターン部分Qaの左端部と配光パターン部分Qbの右端部とを照射する。また、回転軸線A1の回りの水平回動方向R1の回動速度の高い時の反射光Lbは、左右中心線Coとしての配光パターン部分Qaの右端部と配光パターン部分Qbの左端部を照射する。この結果、結像面33の水平方向の両端部は明るく、中心部としての左右中心線Coは暗い配光パターンになる。この配光パターンは、ヘッドランプ1に望まれる配光パターンとは逆である。
 図5は、分割走査光学系13が光偏向器12と蛍光板14との間に介在するときの蛍光板14の結像面33に生成される配光パターンを示している。V字状断面のV字ミラー41(分割部の1例)は、中心角度αo(図4)上に左右対称面を合わせて配置され、頂点42は、該左右対称面上に位置し、頂点42を境にミラー面43aとミラー面43bとを両側に有している。この結果、反射部22からの走査角範囲部分H1(図4)の右走査光Lb1はミラー面43aに入射し、走査角範囲部分H2の左走査光Lb2はミラー面43bに入射する。なお、右走査光Lb1と左走査光Lb2とを総称するときは、「走査光Lb」という。
 右照射用ミラー46a(右側走査光生成部及び第1角度部分用ミラーの1例)、及び左照射用ミラー46b(左側走査光生成部及び第2角度部分用ミラーの1例)は、V字ミラー41に対して左右にそれぞれ配設される。
 右照射用ミラー46aは、V字ミラー41のミラー面43aから反射して来た走査角範囲部分H1の右走査光Lb1が入射され、結像面33において左右中心線Coに対して、図5において右側領域部分としての配光パターン部分Qaが生成される領域部分に向かって反射する。その際、角度αがαaに近い反射光Lb由来の右走査光Lb1ほど水平方向左側を進行する。
 左照射用ミラー46bは、V字ミラー41のミラー面43bから反射して来た走査角範囲部分H2の左走査光Lb2が入射され、結像面33において左右中心線Coに対して、図5において左側領域部分としての配光パターン部分Qbが生成される領域部分に向かって反射する。その際、角度αがαbに近い反射光Lb由来の左走査光Lb2ほど水平方向右側を進行する。
 このため、図4の結像面33において左右中心線Coに対して左側及び右側に生成された配光パターン部分Qa,Qbの左右関係が図5では逆になって、結像面33に生成される。この結果、図5の結像面33では、結像面33の水平方向の両端部は暗く、中心部としての左右中心線Coは明るい配光パターンが生成される。
 図5において、境界線Caは配光パターン部分Qaの左端境界線を左右中心線Coから左へシフト量δa、移動したものである。また、境界線Cbは配光パターン部分Qbの右端境界線を左右中心線Coから右へシフト量δa、移動したものである。左右中心線Coでは、配光パターン部分Qaと配光パターン部分Qbとが左右中心線Coにおいて接しているが、配光パターン部分Qaと配光パターン部分Qbとを水平方向に部分的に重複させることもできる。この重複は、図3Aの正弦波の駆動電圧を、中心電圧を維持しつつ、振幅を増大することにより行われる。振幅の増大量が多いほど、シフト量δaが増大する。重複量(=2・δa)を調整して、中心部の明るさを調整することができる。
 また、映像エンジンCPU4は、配光パターン部分Qaについて境界線Ca-左右中心線Co間の右走査光Lb1の走査期間に、レーザ光源11を消灯し、また、配光パターン部分Qbについて左右中心線Co-境界線Cb間の左走査光Lb2の走査期間に、レーザ光源11を消灯して、配光パターンの境界線Ca-Cb間の明るさを調整することもできる。
 図6は、自動車旋回時に使用する配光パターンの例を示している。図7は、図6の配光パターンを得るための水平走査アクチュエータ24の圧電膜に供給する駆動電圧の波形を示している。駆動電圧の波形は、直進及び旋回に関係なく正弦波が使用される。
 自動車が左方向に旋回するときは、駆動電圧は、直進時の駆動電圧に対して所定量、低下される。この結果、回転軸線A1の回りの水平回動方向R1での反射部22の回動角範囲は、回動角の減少方向にずれて、V字ミラー41において、ミラー面43aが反射する右走査光Lb1の走査角範囲部分H1は増大し、ミラー面43bが反射する左走査光Lb2の走査角範囲部分H2は減少する。この結果、図6に示すように、配光パターン部分Qaと配光パターン部分Qbとの境界線Ccは、左右中心線Coから左へシフト量δb移動する。すなわち、結像面33において水平方向に最大明度(最大輝度)の部分が左右中心線Coから左にδbシフトした境界線Ccに変位する。
 左右中心線Coは自動車の車幅の中心線上に位置するので、結像面33における最大明度の部分としての境界線Ccへの左シフトにより、照射領域において車幅中心線に対して自動車の進み側としての左側の方を明るく照らすことができる。
 反対に、自動車が右方向に旋回するときは、駆動電圧は、直進時の駆動電圧に対して所定量、増大される。この結果、回転軸線A1の回りの水平回動方向R1での反射部22の回動角範囲は、回動角の増大方向にずれて、V字ミラー41において、ミラー面43bが反射する左走査光Lb2の走査角範囲部分H2は増大し、ミラー面43aが反射する右走査光Lb1の走査角範囲部分H1は減少する。この結果、図6に示したものとは逆に、配光パターン部分Qaと配光パターン部分Qbとの境界線Ccは、左右中心線Coに対して右へ移動することになる。この結果、車幅中心線に対して自動車の進み側として右側の方を明るく照らすことができる。
 図8は、別の分割走査光学系49の構成図である。該分割走査光学系49において、前記分割走査光学系13の要素と同一の要素については、同符号を付して説明は省略し、前記分割走査光学系13との相違点について説明する。
 図8の分割走査光学系49では、分割走査光学系13のV字ミラー41、右照射用ミラー46a及び左照射用ミラー46bに代えて、菱形断面のプリズム50が用いられる。プリズム50は、2つの半部52a,52bを接合面51で合わせた菱形の横断面に形成され、分割部、右側走査光生成部及び左走査光生成部の機能を兼ねている。接合面51は、V字ミラー41の頂点42(図5)と同様に、反射部22からの走査角範囲部分H1(図4)の右走査光Lb1と走査角範囲部分H2の左走査光Lb2とを分ける境界面上に位置する。
 この結果、反射部22からの走査角範囲部分H1(図4)の右走査光Lb1は、半部52aの反射部22側に入射し、半部52a内を屈折して進んで、蛍光板14側から蛍光板14の左右中心線Coに対して右側の領域部分に向かって出射する。反射部22からの走査角範囲部分H2(図4)の左走査光Lb2は、半部52bの反射部22側に入射し、半部52b内を屈折して進んで、蛍光板14側から蛍光板14の左右中心線Coに対して左側の領域部分に向かって出射する。
 このため、図4の結像面33において左右中心線Coに対して左側及び右側に生成された配光パターン部分Qa,Qbの左右関係が図8では逆になって、結像面33に生成される。この結果、図8の結像面33でも、図5の分割走査光学系13による配光パターンと同様に、結像面33の水平方向の両端部は暗く、中心部としての左右中心線Coは暗い配光パターンが生成される。
 図9は、4分割走査光学系60の説明図である。図9Aは、図4と同様に、光偏向器12の反射部22からの反射光Lbを直接、すなわち図9Bの4分割走査光学系60を通すことなく、蛍光板14の結像面33に照射したときの配光パターンを示している。図9Bは、4分割走査光学系60が光偏向器12と蛍光板14との間に介在するときの蛍光板14の結像面33に生成される配光パターンを示している。
 図9Aにおいて、配光パターン部分Qa及び配光パターン部分Qbは、図4で定義した配光パターン部分Qa,Qbと同一である。すなわち、左右中心線Coに対して左側の配光パターン部分Qaは走査角範囲部分H1の反射光Lbにより生成され、左右中心線Coに対して右側の配光パターン部分Qbは走査角範囲部分H2の反射光Lbにより生成される。
 図9Aにおいて、配光パターン部分Qc,Qdは、新規に定義するものであり、上下中心線Chに対して上側の配光パターン部分Qcは走査角範囲部分V1(図4)の反射光Lbにより照射され、上下中心線Chに対して下側の配光パターン部分Qdは走査角範囲部分V2(図4)の反射光Lbにより照射される。
 図9Aにおいて、結像面33は、左右中心線Co及び上下中心線Chにより左上、左下、右上及び右下の4つの配光パターン部分に分割される。4つの配光パターン部分を識別するために、左上のパターン部分にはQac、左下の配光パターン部分にはQad、右上の配光パターン部分にはQbc、右下の配光パターン部分にはQbdと符号を付けて、説明する。
 走査軌跡70a1は配光パターン部分Qacに生成され、走査軌跡70a2は配光パターン部分Qadに生成され、走査軌跡70b1は配光パターン部分Qbcに生成され、走査軌跡70b2は配光パターン部分Qbdに生成される。これら走査軌跡は、図9Aの結像面33において連続している。
 図9Aにおいて、配光パターン部分Qacは、走査角範囲部分H1,V1(配光パターン部分Qa,Qc)の両方に属する反射光Lbが入射する。配光パターン部分Qadは、走査角範囲部分H1,V2(配光パターン部分Qa,Qd)の両方に属する反射光Lbが入射する。配光パターン部分Qbcは、走査角範囲部分H2,V1(配光パターン部分Qb,Qc)の両方に属する反射光Lbが入射する。配光パターン部分Qbdは、走査角範囲部分H2,V2(配光パターン部分Qb,Qd)の両方に属する反射光Lbが入射する。
 図9Bにおいて、4分割走査光学系60では、分割走査光学系13のV字ミラー41、右照射用ミラー46a及び左照射用ミラー46bに代えて、4つの側面が反射面になっている四角錐ミラー61を備える。図9Bでは、四角錐ミラー61は平面図で記載されているが、4分割走査光学系60における実際の配置では、四角錐ミラー61の中心線(頂点62から底面に引いた垂線)は、水平方向走査角範囲Hαの中心角度αo及び垂直方向走査角範囲Vβの中心角度βo(図4)上に存在する。四角錐ミラー61の各側面には、所定輪郭の反射面63a1(下側走査光生成部の1例),63a2(上側走査光生成部の1例),63b1(下側走査光生成部の1例),63b2(上側走査光生成部の1例)が設定され、これら反射面63a1,63a2,63b1,63b2は、図9Aの左上の配光パターン部分Qac、左下の配光パターン部分Qad、右上の配光パターン部分Qbc、右下の配光パターン部分Qbdに対応する。
 反射面63a1の配光パターン部分Qacの右走査光Lb1aは、右下照射用ミラー66a1に進み、右下照射用ミラー66a1において反射し、結像面33では右下の領域部分(右側領域部分でありかつ下側領域部分である領域部分)を照射する。反射面63a2の配光パターン部分Qadの右走査光Lb1bは、右上照射用ミラー66a2に進み、右上照射用ミラー66a2において反射し、結像面33では右上の領域部分(右側領域部分でありかつ上側領域部分である領域部分)を照射する。
 反射面63b1の配光パターン部分Qbcの左走査光Lb2aは、左下照射用ミラー66b1に進み、左下照射用ミラー66b1において反射し、結像面33では左下の領域部分(左側領域部分でありかつ下側領域部分である領域部分)を照射する。反射面63b2の配光パターン部分Qbdの左走査光Lb2bは、左上照射用ミラー66b2に進み、左上照射用ミラー66b2において反射し、結像面33では左上の領域部分(左側領域部分でありかつ上側領域部分である領域部分)を照射する。
 右下照射用ミラー66a1及び左下照射用ミラー66b1から出射する走査光Lb1a,Lb2aは、角度β(図4)がβaに近い反射光Lb1,Lb2由来の走査光Lb1a,Lb2aほど垂直方向上側を進行する。右上照射用ミラー66a2及び左上照射用ミラー66b2から出射する走査光Lb1b,Lb2bは、角度β(図4)がβbに近い反射光Lb1,Lb2由来の走査光Lb1b,Lb2bほど垂直方向下側を進行する。
 この結果、図9Bの結像面33では、左右中心線Co及び上下中心線Chにより4分割される左上、左下、右上及び右下の範囲の配光パターンQbd,Qbc,Qad,Qacが隙間無しでかつ重複無しで占めることになる。これにより、図9Bの結像面33では、中心部が明るく、左右及び上下の周辺部が暗い配光パターンが生成される。
 前述の図6及び図7の実施形態では、水平走査アクチュエータ24の駆動電圧について説明したが、図7の駆動電圧を図9Bの4分割走査光学系60において、垂直走査アクチュエータ26の駆動電圧として適用することもできる。その場合、図6における水平方向が、図9Bでは垂直方向に置き換わるので、図6において右旋回時の最大明度の部分の右移動は、図9において下向き移動となって、ロービームに適した配光パターンが生成される。また、図6において左旋回時の最大明度の部分の左移動は、図9において上向き移動となって、ハイビームに適した配光パターンが生成される。
 本発明のヘッドランプは、自動車のヘッドランプに限定されず、鉄道車両又は二輪車等の車両や、小型船舶又は移動型ロボット等のその他の移動体のヘッドランプとしても採用することがきる。

Claims (7)

  1.  光源と、
     前記光源からの光を反射する反射部と、第1及び第2駆動電圧により駆動されて、前記反射部を直交する第1及び第2回転軸線の回りに往復回動させるアクチュエータ部とを有し、前記第1及び前記第2回転軸線の回りの前記反射部の回動により前記反射部からの反射光を、第1及び第2回動角範囲で往復回動させて出射する光偏向器と、
     前記第1及び前記第2回動角範囲で前記光偏向器から出射されて来る反射光を、照射領域を水平方向及び垂直方向に走査する走査光として出射する光学系とを備え、
     前記光学系は、
     前記第1回動角範囲の反射光を、前記第1回動角範囲の一端角から中間角までの第1角度部分の反射光と、前記第1回動角範囲の前記中間角から他端角までの第2角度部分の反射光とに分割する分割部と、
     前記第1角度部分の反射光において前記一端角に近い反射光ほど水平方向左側を進行させて、前記照射領域の水平方向の右側領域部分を走査する走査光として出射する右側走査光生成部と、
     前記第2角度部分の反射光において前記他端角に近い反射光ほど水平方向右側を進行させて、前記照射領域の水平方向の左側領域部分を走査する走査光として出射する左側走査光生成部とを有することを特徴とするヘッドランプ。
  2.  請求項1記載のヘッドランプにおいて、
     前記分割部は、一方の反射面では前記第1角度部分の反射光を反射し、他方の反射面では前記第2角度部分の反射光を反射するV字ミラーであり、
     前記右側走査光生成部は、前記V字ミラーの前記一方の反射面からの反射光を前記右側領域部分に向けて反射する第1角度部分用ミラーであり、
     前記左側走査光生成部は、前記V字ミラーの前記他方の反射面からの反射光を前記左側領域部分に向けて反射する第2角度部分用ミラーであることを特徴とするヘッドランプ。
  3.  請求項1記載のヘッドランプにおいて、
     菱形断面のプリズムを備え、
     前記プリズムにおける前記菱形断面の一方の半部は、前記光偏向器からの前記第1角度部分の反射光が入射して、入射した反射光を内部で屈折させてから前記右側領域部分へ向けて出射することにより、前記分割部と前記右側走査光生成部とを兼ね、
     前記プリズムにおける前記菱形断面の他方の半部は、前記光偏向器からの前記第2角度部分の反射光が入射して、入射した反射光を内部で屈折させて前記左側領域部分へ向けて出射することにより、前記分割部と前記左側走査光生成部とを兼ねることを特徴とするヘッドランプ。
  4.  請求項1に記載のヘッドランプにおいて、
     前記中間角は、前記第1回動角範囲の中心の回動角に設定されていることを特徴とするヘッドランプ。
  5.  請求項1に記載のヘッドランプにおいて、
     前記第1駆動電圧は正弦波であり、前記第1駆動電圧の中心電圧及び振幅を調整して前記アクチュエータ部に供給する駆動電圧供給部を備えることを特徴とするヘッドランプ。
  6.  請求項1に記載のヘッドランプにおいて、
     前記光学系は、
     前記第2回動角範囲の反射光を、前記第2回動角範囲の別の一端角から別の中間角までの第3角度部分の反射光と、前記第2回動角範囲の前記別の中間角から別の他端角までの第4角度部分の反射光とに分割する別の分割部と、
     前記第3角度部分の反射光において前記別の一端角に近い反射光ほど垂直方向上側を進行させて、前記照射領域の垂直方向の下側領域部分を走査する走査光として出射する下側走査光生成部と、
     前記第4角度部分の反射光において前記別の他端角に近い反射光ほど垂直方向下側を進行させて、前記照射領域の垂直方向の上側領域部分を走査する走査光として出射する上側走査光生成部とを有することを特徴とするヘッドランプ。
  7.  請求項6に記載のヘッドランプにおいて、
     前記第2駆動電圧は正弦波又はのこぎり波であり、前記第2駆動電圧の中心電圧及び振幅を調整して前記アクチュエータ部に供給する別の駆動電圧供給部を備えることを特徴とするヘッドランプ。
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