WO2021010460A1

WO2021010460A1 - 車両用灯具

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Publication number: WO2021010460A1
Application number: PCT/JP2020/027809
Authority: WO
Inventors: 貴彦本多
Original assignee: 株式会社小糸製作所
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2021-01-21
Also published as: CN212361913U; JPWO2021010460A1; CN112240531A

Abstract

車両用灯具は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）（３０）と、ＤＭＤ（３０）を覆う透明カバー部材（３５）と、ＤＭＤ（３０）に向けて集光するリフレクタ（２０）と、投影レンズ（５０）とを備える。透明カバー部材（３５）の表面の一点（Ｐ１）と投影レンズ（５０）の入射面（５０ａ）の端部（５０ｂ）とを結ぶ第１の直線（ＳＬ１）を、一点（Ｐ１）を通る透明カバー部材（３５）の法線（ＮＬ１）に対して線対称にした直線を第２の直線（ＳＬ２）とし、透明カバー部材（３５）の法線（ＮＬ１）と交差する基準マイクロミラー（３２ｂ）と投影レンズ（５０）の入射面（５０ａ）の端部（５０ｂ）とを結ぶ第３の直線（ＳＬ３）を、オン状態の基準マイクロミラー（３２ｂ）の法線（ＮＬ２）に対して線対称にした直線を第４の直線（ＳＬ４）とする。リフレクタ（２０）は、有効反射面（２０ａ）が第２の直線（ＳＬ２）と第４の直線（ＳＬ４）との間の領域（ＡＲ１）内に収まるように配置される。

Description

車両用灯具

　本発明は、車両用灯具に関し、特にデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Micromirror Device）を用いた車両用灯具に関する。

　従来、光源と、該光源からの光を反射することによって配光を制御するデジタルマイクロミラーデバイスと、該デジタルマイクロミラーデバイスからの光を前方に投影する投影レンズとを備えた車両用灯具が知られている。この車両用灯具は、デジタルマイクロミラーデバイスが備える複数のマイクロミラーのそれぞれの傾斜角度を制御することで、所望の配光パターンを形成している。

特開２０１６－１１０７６０号公報

　デジタルマイクロミラーデバイスを用いた車両用灯具においては、マイクロミラーの保護を目的として、デジタルマイクロミラーデバイスを覆うように透明カバー部材が配置される場合がある。この場合、透明カバー部材の表面でフレネル反射した光が投影レンズによって灯具前方に投影され、歩行者や対向車にグレアを与えるおそれがある。

　本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、デジタルマイクロミラーデバイスを用いた車両用灯具において、透明カバー部材の表面におけるフレネル反射に起因するグレアを軽減する技術を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用灯具は、個別に傾斜角度を制御可能な複数のマイクロミラーがアレイ状に配置されたデジタルマイクロミラーデバイスと、デジタルマイクロミラーデバイスを覆うように配置された透明カバー部材と、光源からの光をデジタルマイクロミラーデバイスに向けて集光する集光器と、デジタルマイクロミラーデバイスからの反射光を灯具前方に投影する投影レンズと、を備える。マイクロミラーは、集光器からの光を投影レンズに向けて反射する第１の傾斜状態と、集光器からの光を投影レンズから外れた位置に向けて反射する第２の傾斜状態とを切り替え可能であり、透明カバー部材の表面の一点と投影レンズの入射面の端部とを結ぶ第１の直線を、一点を通る透明カバー部材の法線に対して線対称にした直線を第２の直線とし、透明カバー部材の法線と交差する基準マイクロミラーと投影レンズの入射面の端部とを結ぶ第３の直線を、第１の傾斜状態の基準マイクロミラーの法線に対して線対称にした直線を第４の直線としたときに、集光器は、その有効光学面が第２の直線と第４の直線との間の領域内に収まるように配置される。

　基準マイクロミラーは、アレイ状に配置された複数のマイクロミラーのうち中心に位置するマイクロミラーであってもよい。

　集光器は、光源からの光をデジタルマイクロミラーデバイスに向けて反射するリフレクタであり、リフレクタの有効反射面が、第２の直線と第４の直線との間の領域内に収まっていてもよい。

　集光器は、光源からの光をデジタルマイクロミラーデバイスに向けて集光するレンズであり、レンズの有効レンズ面が、第２の直線と第４の直線との間の領域内に収まっていてもよい。

　本発明によれば、デジタルマイクロミラーデバイスを用いた車両用灯具において、透明カバー部材の表面におけるフレネル反射に起因するグレアを軽減できる。

本発明の実施形態に係る車両用灯具の概略構造を示す鉛直断面図である。本発明の実施形態に係る車両用灯具の光学系を説明するための概略図である。本発明の別の実施形態に係る車両用灯具の光学系を説明するための概略図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る車両用灯具について詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

　図１は、本発明の実施形態に係る車両用灯具の概略構造を示す鉛直断面図である。本実施形態に係る車両用灯具１は、車両前方の左右に配置される一対の前照灯ユニットを有する車両用前照灯装置である。一対の前照灯ユニットは左右対称の構造を有する点以外は実質的に同一の構成であるため、図１には車両用灯具１として一方の前照灯ユニットの構造を示す。

　車両用灯具１は、車両前方側に開口部を有するランプボディ２と、ランプボディ２の開口部を覆うように取り付けられた透光カバー４とを備える。透光カバー４は、透光性を有する樹脂やガラス等で形成される。ランプボディ２と透光カバー４とにより形成される灯室３内には、光源１０と、リフレクタ２０と、デジタルマイクロミラーデバイス３０と、透明カバー部材３５と、光吸収部材４０と、投影レンズ５０とが収容される。各構成要素は、図示しない支持機構によりランプボディ２に取り付けられる。

　光源１０は、ＬＥＤ、半導体レーザ、バルブなどであってよい。光源１０は、リフレクタ２０に向けて光を照射するよう配置される。リフレクタ２０は、凹面鏡であり、光源１０からの光をデジタルマイクロミラーデバイス３０に向けて集光する集光器として機能する。リフレクタ２０は、曲面状の有効反射面２０ａを有する。リフレクタ２０は、光源１０からの光をデジタルマイクロミラーデバイス３０に向けて反射する。有効反射面２０ａとは、リフレクタ２０の有効光学面であり、すなわち、デジタルマイクロミラーデバイス３０の有する複数のマイクロミラー３２への光の照射に寄与するリフレクタ２０の反射面を表す。

　デジタルマイクロミラーデバイス３０は、基板３１と、基板３１上にアレイ状に配置された複数のマイクロミラー（図１には３つのマイクロミラー３２ａ～３２ｃを示す、以下では総称する場合は「マイクロミラー３２」と呼ぶ）とを備える。マイクロミラー３２は、個別に傾斜角度を制御可能に構成される。

　デジタルマイクロミラーデバイス３０の各マイクロミラー３２は、制御部６０からの制御信号に応じてその傾斜角度を変えることにより、リフレクタ２０からの光を灯具前方に位置する投影レンズ５０に向けて反射する第１の傾斜状態（以下「オン状態」と呼ぶ）と、リフレクタ２０からの光を投影レンズ５０から外れた位置に設けられた光吸収部材４０に向けて反射する第２の傾斜状態（以下「オフ状態」と呼ぶ）とを個別に切り替え可能である。各マイクロミラー３２の傾斜角を変えることで灯具前方に二次元画像を投影することができる。例えば図１において、上方に位置するマイクロミラー３２ａはオン状態にあり、下方に位置するマイクロミラー３２ｃはオフ状態にある。また、中央に位置するマイクロミラー３２ｂは非傾斜状態（以下「ニュートラル状態」と呼ぶ）にある。オン状態にあるマイクロミラー３２ａにより灯具前方に反射した光Ｌ１は、投影レンズ５０に入射する。一方、オフ状態にあるマイクロミラー３２ｃにより反射した光Ｌ２は、光吸収部材４０に入射し、吸収される。

　透明カバー部材３５は、デジタルマイクロミラーデバイス３０を覆うように配置される。透明カバー部材３５は、マイクロミラー３２の可動域を確保するために、マイクロミラー３２から所定の距離を離間して配置される。透明カバー部材３５は、光源１０が出射する光に対して透明な材料（例えば、ガラスや、ポリカーボネート、アクリル等の樹脂材料）により形成された板状部材であり、その外形は、デジタルマイクロミラーデバイス３０の全域を覆うことができるように形成されている。このように、デジタルマイクロミラーデバイス３０を透明カバー部材３５で覆うことにより、デジタルマイクロミラーデバイス３０を保護することができる。

　投影レンズ５０は、投影レンズ５０の後側焦点Ｆを含む後側焦点面上に形成される画像を、反転像として灯具前方の仮想鉛直スクリーン上に投影する。投影レンズ５０は、その後側焦点Ｆがデジタルマイクロミラーデバイス３０の光出射面の中心（すなわち、中心に位置するマイクロミラー３２ｂの反射面）上に位置するように配置される。従って、投影レンズ５０は、デジタルマイクロミラーデバイス３０により形成された画像を、反転像として灯具前方の仮想鉛直スクリーン上に投影する。

　本実施形態において、光源１０からの光の出射強度調節、デジタルマイクロミラーデバイス３０の各マイクロミラー３２の傾斜角度の制御は、制御部６０によりなされる。制御部６０は、ハードウェア構成としてはコンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や回路で実現され、ソフトウェア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現される。なお、制御部６０は、図１では灯室３外に設けられているが、灯室３内に設けられてもよい。制御部６０は、撮像装置６２に接続された画像処理装置６１、図示しないライトスイッチ等からの信号を受信する。そして、制御部６０は、受信した信号に応じて、光源１０およびデジタルマイクロミラーデバイス３０に各種の制御信号を送信する。

　撮像装置６２は、灯具前方を撮像するよう配置される。画像処理装置６１は、撮像装置６２で撮像された画像データを取得し、画像処理を施す。これにより、画像処理装置６１は、画像データ中に含まれる車両、歩行者、レーンマーク等を特定し、これらの位置を検出する。これらを特定する技術や位置を検出する技術は公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。検出された位置情報は制御部６０に送られる。これらの位置情報を使用して、制御部６０はマイクロミラー３２の傾斜角度を制御し、デジタルマイクロミラーデバイス３０に所望の画像を形成させる。

　図２は、本発明の実施形態に係る車両用灯具１の光学系５を説明するための概略図である。車両用灯具１においては、デジタルマイクロミラーデバイス３０を覆うように透明カバー部材３５が配置されているので、リフレクタ２０からデジタルマイクロミラーデバイス３０に向かう光は、透明カバー部材３５を透過する。この透過の際に、透明カバー部材３５の表面でフレネル反射が生じる。透明カバー部材３５の表面でフレネル反射した光が投影レンズ５０の入射面５０ａに入射すると、フレネル反射光が投影レンズ５０によって灯具前方に投影され、歩行者や対向車にグレアを与えるおそれがある。本実施形態では、透明カバー部材３５の表面におけるフレネル反射に起因するグレアを軽減する方法を提案する。

　本実施形態では、リフレクタ２０の配置位置を限定することで、透明カバー部材３５の表面でのフレネル反射光が投影レンズ５０の入射面５０ａに入るのを防止する、または少なくとも抑制する。以下、リフレクタ２０の配置位置について説明する。

　図２に示すように、透明カバー部材３５の表面の一点Ｐ１と投影レンズ５０の入射面５０ａの端部５０ｂとを結ぶ直線を「第１の直線ＳＬ１」とする。この第１の直線ＳＬ１を、一点Ｐ１を通る透明カバー部材３５の法線ＮＬ１に対して線対称にした直線を「第２の直線ＳＬ２」とする。第１の直線ＳＬ１と法線ＮＬ１のなす角は、第２の直線ＳＬ２と法線ＮＬ１のなす角と等しい（αで表す）。法線ＮＬ１は、投影レンズ５０の光軸Ａｘと一致している。

　透明カバー部材３５の法線ＮＬ１と交差するマイクロミラーを「基準マイクロミラー」とする。本実施形態においては、基準マイクロミラーは、アレイ状に配置された複数のマイクロミラー３２のうち中心に位置するマイクロミラー３２ｂである。基準マイクロミラー３２ｂの表面の中心と投影レンズ５０の入射面５０ａの端部５０ｂとを結ぶ直線を「第３の直線ＳＬ３」とする。この第３の直線ＳＬ３を、オン状態の基準マイクロミラー３２ｂの法線ＮＬ２に対して線対称にした直線を「第４の直線ＳＬ４」とする。第３の直線ＳＬ３と法線ＮＬ２のなす角は、第４の直線ＳＬ４と法線ＮＬ２のなす角と等しい（βで表す）。また、法線ＮＬ１と法線ＮＬ２のなす角γは、オン状態のマイクロミラー３２ｂの傾斜角度と等しい。

　リフレクタ２０は、その有効反射面２０ａが、第２の直線ＳＬ２と第４の直線ＳＬ４との間の領域ＡＲ１（図２で破線のハッチングで示す領域）内に収まるように配置される。「有効反射面２０ａが領域ＡＲ１内に収まる」とは、有効反射面２０ａの端部がＡＲ１内に位置しており、領域ＡＲ１外にはみ出ていないことを意味する。

　このように有効反射面２０ａが第２の直線ＳＬ２と第４の直線ＳＬ４との間の領域ＡＲ１内に収まるようにリフレクタ２０を配置した場合、透明カバー部材３５の表面でのフレネル反射光は、幾何学的に投影レンズ５０の入射面５０ａに入射できなくなる、または少なくとも投影レンズ５０の入射面５０ａへの入射が抑制される。これにより、透明カバー部材３５の表面におけるフレネル反射に起因するグレアを軽減することができる。

　図３は、本発明の別の実施形態に係る車両用灯具の光学系５５を説明するための概略図である。この光学系５５は、リフレクタ２０に代えてレンズ７０を用いている点が上述の光学系５と異なる。レンズ７０は、光源１０からの光をデジタルマイクロミラーデバイス３０に向けて集光する集光器として機能する。なお、図３では、一つのレンズが図示されているが、レンズ７０は複数のレンズから構成されてもよい。

　本実施形態に係る光学系５５において、レンズ７０は、その有効レンズ面７０ａが、第２の直線ＳＬ２と第４の直線ＳＬ４との間の領域ＡＲ１（図３で破線のハッチングで示す領域）内に収まるように配置される。領域ＡＲ１の決め方は、図２で説明したものと同じである。「有効レンズ面７０ａが領域ＡＲ１内に収まる」とは、有効レンズ面７０ａの端部がＡＲ１内に位置しており、領域ＡＲ１外にはみ出ていないことを意味する。有効レンズ面７０ａとは、レンズ７０の有効光学面であり、すなわち、デジタルマイクロミラーデバイス３０の有する複数のマイクロミラー３２への光の照射に寄与するレンズ７０の入射面および出射面を表す。

　このように有効レンズ面７０ａが第２の直線ＳＬ２と第４の直線ＳＬ４との間の領域ＡＲ１内に収まるようにレンズ７０を配置した場合、透明カバー部材３５の表面でのフレネル反射光は、幾何学的に投影レンズ５０の入射面５０ａに入射できなくなる、または少なくとも投影レンズ５０の入射面５０ａへの入射が抑制される。これにより、透明カバー部材３５の表面におけるフレネル反射に起因するグレアを軽減することができる。

　レンズ７０が複数のレンズから構成される場合、最もデジタルマイクロミラーデバイス３０に近いレンズの有効レンズ面が第２の直線ＳＬ２と第４の直線ＳＬ４との間の領域ＡＲ１内に収まっていればよい。

　以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　本発明は、車両用灯具に利用できる。

　１　車両用灯具、　２　ランプボディ、　３　灯室、　４　透光カバー、　５、５５　光学系、　１０　光源、　２０　リフレクタ、　３０　デジタルマイクロミラーデバイス、　３１　基板、　３２　マイクロミラー、　３５　透明カバー部材、　４０　光吸収部材、　５０　投影レンズ、　６０　制御部、　６１　画像処理装置、　６２　撮像装置、　７０　レンズ。

Claims

　個別に傾斜角度を制御可能な複数のマイクロミラーがアレイ状に配置されたデジタルマイクロミラーデバイスと、
　前記デジタルマイクロミラーデバイスを覆うように配置された透明カバー部材と、
　光源からの光を前記デジタルマイクロミラーデバイスに向けて集光する集光器と、
　前記デジタルマイクロミラーデバイスからの反射光を灯具前方に投影する投影レンズと、を備え、
　前記マイクロミラーは、前記集光器からの光を前記投影レンズに向けて反射する第１の傾斜状態と、前記集光器からの光を前記投影レンズから外れた位置に向けて反射する第２の傾斜状態とを切り替え可能であり、
　前記透明カバー部材の表面の一点と前記投影レンズの入射面の端部とを結ぶ第１の直線を、前記一点を通る前記透明カバー部材の法線に対して線対称にした直線を第２の直線とし、前記透明カバー部材の前記法線と交差する基準マイクロミラーと前記投影レンズの入射面の端部とを結ぶ第３の直線を、前記第１の傾斜状態の前記基準マイクロミラーの法線に対して線対称にした直線を第４の直線としたときに、
　前記集光器は、その有効光学面が前記第２の直線と前記第４の直線との間の領域内に収まるように配置されることを特徴とする車両用灯具。
　前記基準マイクロミラーは、アレイ状に配置された前記複数のマイクロミラーのうち中心に位置するマイクロミラーであることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
　前記集光器は、前記光源からの光を前記デジタルマイクロミラーデバイスに向けて反射するリフレクタであり、
　前記リフレクタの有効反射面が、前記第２の直線と前記第４の直線との間の領域内に収まっていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
　前記集光器は、前記光源からの光を前記デジタルマイクロミラーデバイスに向けて集光するレンズであり、
　前記レンズの有効レンズ面が、前記第２の直線と前記第４の直線との間の領域内に収まっていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。