WO2021176998A1 - 車両用前照灯 - Google Patents

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WO2021176998A1
WO2021176998A1 PCT/JP2021/005301 JP2021005301W WO2021176998A1 WO 2021176998 A1 WO2021176998 A1 WO 2021176998A1 JP 2021005301 W JP2021005301 W JP 2021005301W WO 2021176998 A1 WO2021176998 A1 WO 2021176998A1
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light beam
scanning
central
image
scanning light
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紀勝 明神
渡辺　敏光
康彦 國井
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スタンレー電気株式会社
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle headlight that irradiates an irradiation area in front of the vehicle using a scanning light beam.
  • Patent Document 1 discloses a vehicle headlight that generates a scanning light beam by a light deflector of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) and irradiates an irradiation area in front of the vehicle with the scanning light beam.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • a light beam from a light source is incident on a mirror of an optical deflector, and the mirror is reciprocated around a rotation axis to generate a scanning light beam from the optical deflector.
  • the scanning light beam is wavelength-converted by the phosphor particles, and then is emitted toward the irradiation region in front of the vehicle through the projection lens.
  • the problems of the vehicle headlights of Patent Document 1 are as follows. (A) If the scanning angle of the scanning light beam emitted when the rotation angle of the mirror of the optical deflector is the center of the rotation angle range is defined as 0 °, the image height generated in the irradiation region is the scanning angle. It is proportional to the absolute value. Therefore, even if the image heights of the central image and the edge image are the same in the original image, there is a difference in the reproduced image. That is, the reproduction quality is deteriorated.
  • An object of the present invention is firstly to control a change in image height related to the position of the scanning light beam in the scanning direction, and secondly to appropriately increase or decrease the scanning speed related to the position of the scanning light beam in the scanning direction. To provide a headlight.
  • the vehicle headlight of the present invention A light source that emits a light beam as an emission light beam, An optical deflector having a mirror that reflects the emitted light beam incident from the light source, and an actuator that reciprocates the mirror around a rotation axis to emit a scanning light beam from the mirror.
  • An phosphor plate having an image plane in which the wavelength of the scanning light beam from the light deflector is changed by a phosphor and an image is generated by scanning the scanning light beam after the wavelength change, and the phosphor plate.
  • a projection unit that projects the image on the image surface onto the irradiation area in front of the vehicle,
  • the optical deflector is aligned with the central optical axis as the optical axis of the optical path of the central scanning light beam emitted at the central scanning angle corresponding to the central rotation position of the reciprocating rotation of the mirror around the rotation axis.
  • a correction optical member that corrects the scanning light beam incident from the light beam and emits the scanning light beam onto the image plane of the phosphor plate.
  • the refractive power of the correction optical member is in the radial direction from the central optical axis in the central emission range set on the emission side of the correction optical member so that the central optical axis includes at least a portion passing through the correction optical member. It is set to decrease as you move away from.
  • the refractive power of the correction optical member is centered in the radial direction in the central emission range set on the emission side of the correction optical member so that the central optical axis includes at least a portion passing through the correction optical member. It is set to decrease as it moves away from the optical axis. As a result, it is possible to suppress a change in image height related to the position of the scanning light beam in the scanning direction.
  • the movement ratio is corrected so that the movement ratio becomes smaller as the light spot is located farther from the intersection in the central image range including at least the intersection of the central optical axis and the image plane.
  • the optical member is set.
  • the movement ratio is corrected so that the movement ratio becomes smaller as the light spot is located farther from the intersection in the central image range including at least the intersection of the central optical axis and the image plane.
  • the members are set. As a result, the scanning speed of the scanning light beam in the vicinity of the intersection with the central optical axis on the image plane is reduced, and the illuminance of the region portion of the irradiation region corresponding to the vicinity can be increased.
  • the correction optical member includes first and second lenses arranged on the light deflector side and the phosphor plate side, respectively.
  • the first lens enlarges the diameter of the scanning light beam in the scanning direction.
  • the second lens reduces the diameter of the scanning light beam in the scanning direction.
  • the focal lengths on the light deflector side and the phosphor plate side can be shortened with respect to the correction optical member, and the light spot on the phosphor plate can be reduced.
  • the rectangular irradiation region is set as the first figure.
  • a projection plane that is at the same position as the image plane on the central optical axis and is perpendicular to the central optical axis is set.
  • the projected figure obtained by projecting the first figure onto the projection surface in the direction of the central optical axis is defined as the second figure, and the scanning region generated by the scanning light beam emitted from the correction optical member on the projection surface is defined as the third figure. year,
  • the correction optical member is set so that the size and shape of the third figure match the size and shape of the second figure.
  • the correction optical member is set so that the size and shape of the third figure match the size and shape of the second figure.
  • the irradiation region generated on the image plane becomes rectangular, trapezoidal formation on the projection plane can be suppressed, and scanning position correction by the control device can be eliminated.
  • FIG. 9 is a diagram showing an emission pattern generated by a scanning light beam at each coordinate position on the image plane with the configuration of FIG. 9. It is a block diagram of the main part of another headlight for a vehicle.
  • FIG. 1 is an overall schematic view of the vehicle headlight 10.
  • the vehicle headlight 10 includes a plurality of individual light beam generation units 11a and 11b and a single common projection unit 12, and is controlled by the control device 14.
  • Each individual light beam generation unit 11 (general term for individual light beam generation units 11a and 11b) includes an LD (laser diode) 16, an afocal converter 17a and 17b, an optical deflector 18, and correction lenses 19a and 19b.
  • the common projection unit 12 includes a phosphor plate 23 and projection lenses 26a, 26b, 26c.
  • the afocal converter 17 (general term for the afocal converters 17a and 17b) irradiates the mirror 101 (FIG. 2) of the light deflector 18 with the emitted light beam Ca from the LD16.
  • the light deflector 18 converts the emitted light beam Ca into a scanning light beam Cb and emits it.
  • the shape of the cross section and the scanning speed of the scanning light beam Cb are corrected by the correction lens 19 (general term for the correction lenses 19a and 19b), and then the scanning light beam Cb is incident on the surface side of the phosphor plate 23 of the common projection unit 12.
  • the control device 14 includes a light source switching unit 22a and an actuator driving unit 22b.
  • the light source switching unit 22a switches the LD 16 on and off.
  • the light source switching unit 22a changes the energizing current of the LD 16 during the ON period of the LD 16 so that the brightness of the LD 16 during the ON period can also be controlled.
  • the actuator drive unit 22b controls the drive voltages of the inner actuators 103a and 103b (FIG. 2) and the outer actuators 105a and 105b (FIG. 2) of the optical deflector 18.
  • the phosphor plate 23 has a mirror on the back surface side.
  • the mirror reflects the scanning light beam Cb incident on the image plane 40 (FIGS. 5 and 9) as the incident surface of the phosphor plate 23, and this time as the aggregated light beam Cc from the image surface 40 as the exit surface.
  • the phosphor plate 23 encapsulates phosphor particles as a wavelength conversion member.
  • the scanning light beam Cb passes through the accommodating portion of the phosphor particles in the phosphor plate 23
  • some of the scanning light beams Cb excite the phosphor particles to convert the wavelength and change the color from blue to yellow. Be changed.
  • the collective light beam Cc emitted from the exit surface of the phosphor plate 23 toward the projection lens 26a is emitted in white, which is a mixture of yellow and blue.
  • the collective light beam Cc then passes through a projection lens unit composed of a plurality of projection lenses 26 (collective term for the projection lenses 26a, 26b, 26c), and irradiates the irradiation region in front of the vehicle as a projection light beam from the projection lens unit. ..
  • the light intensity becomes higher (brighter) as the irradiation region portion has a larger number of superposed light beams.
  • the correction lens 19 is arranged so that its optical axis is aligned with the central optical axis 33.
  • FIG. 2 is a schematic front view of the light deflector 18.
  • a coordinate system including three axes, a Ux axis, a Uy axis, and a Uz axis, which are orthogonal to each other, is defined.
  • the Ux axis and the Uy axis are aligned parallel to the horizontal and vertical directions of the optical deflector 18 having a rectangular front view. Further, the Uz axis is aligned parallel to the plate thickness direction of the optical deflector 18.
  • the optical deflector 18 has a horizontally long rectangular shape when viewed from the front, and is manufactured as a MEMS from a silicon crystal wafer.
  • the optical deflector 18 includes a mirror 101, torsion bars 102a, 102b, inner actuators 103a, 103b, a movable frame 104, outer actuators 105a, 105b, and a fixed frame 106 in this order from the center Ao of the front view.
  • the circular mirror 101 is irradiated with the emitted light beam Ca at the center Ao.
  • the inner actuator 103 (general term for the inner actuators 103a and 103b) surrounds the mirror 101 from the radial outside of the mirror 101.
  • the movable frame 104 surrounds the inner actuator 103 from the outside in the radial direction.
  • the torsion bar 102 (general term for the torsion bars 102a and 102b) extends in the Uy axis direction and is coupled to the mirror 101 and the movable frame 104 at both ends.
  • Each outer actuator 105 (general term for the outer actuators 105a and 105b) is composed of a plurality of cantilever 107s arranged in a mianda arrangement, and is interposed between the movable frame 104 and the fixed frame 106.
  • the inner actuator 103 and the outer actuator 105 are both piezoelectric actuators.
  • the mirror 101 reciprocates in the two axial directions of the first rotation axis Ah and the second rotation axis Av.
  • the first rotation axis Ah and the second rotation axis Av coincide with the Uy axis and the Ux axis, respectively.
  • the first rotation axis Ah coincides with the center line of the torsion bar 102 during reciprocating rotation around the two axes of the first rotation axis Ah and the second rotation axis Av of the mirror 101.
  • the second rotation axis Av always coincides with the Ux axis during the reciprocating rotation around the two axes.
  • the frequency Fh of the reciprocating rotation becomes the resonance frequency.
  • the reciprocating rotation of the mirror 101 around the second rotation axis Av is non-resonant, and the frequency Fv of the reciprocating rotation is a non-resonant frequency. Fv ⁇ Fh.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the runout angle ⁇ and the scanning angle ⁇ .
  • the runout angle ⁇ is the rotation angle of the mirror 101 around the first rotation axis Ah.
  • the runout angle ⁇ is the rotation angle of the mirror 101 around the second rotation axis Av.
  • the deflection angles ⁇ and ⁇ of the mirror 101 when the mirror 101 faces directly in front of the light deflector 18 are both defined as 0 °.
  • the test screen 35 is provided perpendicular to the central optical axis 33 at a predetermined distance from the optical deflector 18.
  • the scanning light beam Cb from the mirror 101 raster-scans on the test screen 35 and displays an image on the test screen 35.
  • the distance d is the distance from the intersection of the central optical axis 33 and the test screen 35 to the scanning position of the scanning light beam Cb.
  • FIG. 4 shows the time change of the distance d in one cycle when the mirror 101 reciprocates at the frequency Fh and the luminous intensity of the light spot of the scanning light beam Cb on the test screen 35.
  • the scanning angle ⁇ and the distance d change according to the sine curve.
  • the maximum value of the luminous intensity is above the upper end of the graph area, the description is omitted.
  • FIG. 5 shows the optical path of the scanning light beam Cb when emitted from the mirror 101 of the light deflector 18 at each scanning angle ⁇ .
  • the phosphor plate 23 in FIG. 5 is shown in a cross section that passes through the Oe of the image plane 40 of the phosphor plate 23 and is along the horizontal direction. That is, it is cut along the horizontal cross section at the position of Oe.
  • the scanning angles ⁇ of the seven scanning light beams Cb are equiangular intervals.
  • the scanning light beam Cb traveling along the central optical axis 33 (hereinafter referred to as “central scanning light beam Cb”) has a light spot on Oe (the intersection of the central optical axis 33 and the image plane 40).
  • the three scanning light beams Cb on the right side in the horizontal direction with respect to the central scanning light beam Cb display light spots at intervals of Pr1, Pr2, and Pr3 in order from the scanning light beam Cb closer to the central scanning light beam Cb. Generate on 40.
  • the three scanning light beams Cb on the left side in the horizontal direction with respect to the central scanning light beam Cb display light spots at intervals of Pl1, Pl2, and Pl3 in order from the scanning light beam Cb closer to the central scanning light beam Cb. Generate on 40.
  • the scanning light beam Cb scans on the image plane 40 from right to left. Therefore, the light spot generated on the image surface 40 also scans on the image surface 40 from right to left.
  • the scanning angle ⁇ of each scanning light beam Cb becomes larger as the scanning light beam Cb on the left increases.
  • the movement amount of the optical spot in the scanning direction on the image surface 40 with respect to the unit amount of the swing angle ⁇ of the mirror 101 around the first rotation axis Ah (hereinafter, appropriately referred to as “unit rotation angle”) is defined as the movement ratio.
  • unit rotation angle the optical characteristics of the correction lens 19 are set so that the movement ratio becomes smaller as the distance from the Oe increases.
  • the optical characteristics of the correction lens 19 can be set, for example, by setting the geometric shape of the entrance surface or the exit surface of the correction lens 19. Further, in FIG. 5, the optical characteristics are set so as to occur over the entire radial direction of the correction lens 19, but the central image range as the central range including at least Oe on the image surface 40 is set. For example, it is good.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the scanning angle ⁇ and the image height on the image plane 40 in comparison with and without the correction lens 19.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the scanning angle ⁇ and the scanning speed of the scanning angle ⁇ on the image plane 40 in comparison with and without the correction lens 19.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the scanning position d on the image plane 40 and the luminous intensity in comparison with and without the correction lens 19. Since the image height and the scanning speed are symmetrical with respect to the scanning angle ⁇ , only the + side of the scanning angle ⁇ is shown in these figures.
  • the absence of the correction lens 19 means that neither the correction lens 19a nor 19b is present.
  • the vertical and horizontal directions of the image surface 40 correspond to the vertical direction and the horizontal direction of the irradiation region in front of the vehicle on which the vehicle headlight 10 is mounted.
  • the image height means the vertical dimension of the image generated by the scanning light beam Cb at each scanning position on the image plane 40, that is, the image dimension in the direction orthogonal to the scanning direction.
  • the optical characteristics of the correction lens 19 are set so as to have a relationship with the correction lens 19 in FIG.
  • the correction optical member composed of the correction lens 19 decreases its refractive power as the distance from the central optical axis 33 increases in the radial direction (perpendicular to the central optical axis 33). It is set. This means that the difference in image height at each radial position with respect to the center image height is maintained low, at least in the central range as a predetermined radial range centered on the central optical axis 33. As a result, the quality of the image is improved, at least in the central range in the radial direction.
  • the refractive power it is not necessary to set the refractive power to decrease as the distance from the central optical axis 33 increases in the radial direction over the entire radial direction of the correction optical member. It suffices that at least the central emission range is achieved so that the radial emission range includes at least the portion passing through the correction optical member.
  • the luminous intensity when the correction lens 19 is present exceeds the luminous intensity when the correction lens 19 is not present.
  • the luminous intensity of the central region corresponding to the central region of the vehicle width (in this case, also the illuminance) is set. It can be higher than the altitude of the surrounding area. That is, the central region can be made brighter than the both end regions in the horizontal and vertical directions.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram when examining the light emission patterns generated at each position of the image plane 40 of the phosphor plate 23 in the vehicle headlight 10. Since the phosphor plate 23 is a reflection type wavelength converter, the scanning light beam Cb is incident from the front surface of the phosphor plate 23, reflected by the mirror on the back surface, and the color-converted collective light beam Cc. It emits from the surface. Since the image is generated on the surface of the phosphor plate 23 as the entrance surface and the exit surface of the phosphor plate 23, the image surface 40 becomes the surface of the phosphor plate 23.
  • the vehicle headlight 10 can also use a transmission type wavelength conversion device.
  • the scanning light beam Cb enters the phosphor plate 23 from the incident surface as one surface of the phosphor plate 23, with both surfaces of the phosphor plate 23 as the incident surface and the emitting surface, respectively. , Exit from the exit surface as the other surface. Since the image is generated on both sides of the phosphor plate 23, the image surface 40 is one or the other surface of the phosphor plate 23.
  • a 2-axis coordinate system of x-axis-y-axis is defined for the image plane 40.
  • the origin o is defined as the intersection of two diagonal lines as the center of the rectangular image plane 40.
  • the x-axis and y-axis are defined parallel to the horizontal side (horizontal side) and vertical side (vertical side) of the rectangular image plane 40, respectively.
  • the m1-m3 set, the m4-m6 set, and the m7-m9 set are at the same y-coordinate.
  • the m1, m4, m7 set, the m2, m5, m8 set, and the m7-m9 set are at the same x-coordinate, respectively.
  • the coordinate position of m4 is the origin o.
  • FIG. 10 shows an emission pattern generated by the scanning light beam Cb at each coordinate position of the image plane 40 in the configuration of FIG.
  • the numerical values of x and y mean the x-coordinate and the y-coordinate (unit: mm) of m1-m9.
  • Spot_X and Spot_Y are horizontal and vertical dimensions (unit: ⁇ m) of the light emission pattern (light emission pattern of m1-m9 in FIG. 10) generated at each position of m1-m9.
  • the central optical axis 33 is not parallel to the normal line erected on the image surface 40 but is inclined. That is, the scanning light beam Cb does not incident vertically on the image plane 40, but incidents from an oblique direction. Therefore, in the conventional vehicle headlight, the two-dimensional scanning region in which the scanning light beam Cb is raster-scanned on the image plane 40 is located on the side closer to the incident side of the scanning light beam Cb in the vertical direction. It becomes a trapezoid that swells more than the sides. In order to deal with this, the vehicle headlight 10 has the following configuration.
  • FIG. 10 shows a light emission pattern when the correction lens 19 is set so that the scanning area generated by the scanning light beam Cb on the image plane 40 is rectangular. More specifically, when the scanning light beam Cb emitted from the correction lens 19 generates a rectangular irradiation region on the image plane 40, the rectangular irradiation region is designated as the first figure.
  • a projection plane that is located on the central optical axis 33 at the same position as the image plane 40 and is perpendicular to the central optical axis 33 is set.
  • the projected figure obtained by projecting the first figure onto the projection plane in the direction of the central optical axis 33 is defined as the second figure.
  • the scanning region generated on the projection surface by the scanning light beam Cb emitted from the correction lens 19 is defined as the third figure.
  • the correction lens 19 is set so that the size and shape of the third figure match the size and shape of the second figure.
  • the scanning region generated by the scanning light beam Cb on the image surface 40 is correctly rectangular even though the central optical axis 33 is inclined with respect to the image surface 40. That is, the trapezoidal shape is suppressed.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of a main part of another vehicle headlight 50.
  • the element corresponding to the element of the vehicle headlight 10 is given a reference numeral assigned to the corresponding element of the vehicle headlight 10.
  • the vehicle headlight 50 includes individual light beam generators 51a, 51b, and 51c.
  • the configurations of the individual light beam generators 51a, 51b, and 51c are the same, only the relative positions with respect to the phosphor plate 23 are different.
  • the individual light beam generation units 51a, 51b, and 51c are provided with prisms 53a, 53b, and 53c, respectively.
  • the prism 53a is interposed between the afocal converter 17 and the optical deflector 18 in the optical path of the emission irradiation region Ca.
  • the prism 53b is interposed between the correction lens 19b and the phosphor plate 23 in the optical path of the scanning light beam Cb.
  • the axial dimensions of the vehicle headlight 50 can be reduced by the prisms 53a, 53b, 53c.
  • a piezoelectric actuator driven light deflector 18 is used to generate a scanning light beam.
  • an optical deflector of an electromagnetic type or electrostatic type actuator can be used.

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Abstract

走査光ビームの走査方向の位置に関係する像高の変化を抑制する車両用前照灯を提供する。車両用前照灯（１０）は、光偏向器（１８）と蛍光体プレート（２３）との間に補正レンズ（１９）を備える。補正レンズ（１９）は、ミラー（１０１）が光偏向器（１８）の正面を向いたときにミラー（１０１）から出射する走査光ビームＣｂの光軸としての中心光軸（３３）上に光軸を揃える。補正レンズ（１９）は、中心光軸（３３）が補正レンズ（１９）を通過する部分を少なくとも含む中央出射範囲において、径方向に中心光軸（３３）から離れるほど、減少する屈折力を有する。

Description

車両用前照灯
　本発明は、走査光ビームを使って車両前方の照射領域を照射する車両用前照灯に関する。
　特許文献１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光偏向器により走査光ビームを生成し、該走査光ビームにより車両前方の照射領域を照射する車両用前照灯を開示する。該車両用前照灯によれば、光源からの光ビームを光偏向器のミラーに入射させるとともに、該ミラーを回転軸の回りに往復回動させて、生成した走査光ビームを光偏向器から出射する。そして、走査光ビームは、蛍光体粒子により波長変換されてから、投射レンズを経て、車両前方の照射領域を向けて出射される。
特開２０１５－１３８７３５号公報
　特許文献１の車両用前照灯の問題点は、次のとおりである。
（ａ）光偏向器のミラーの回動角が回動角範囲の中心である時に出射する走査光ビームの走査角を０°と定義すると、照射領域に生成される像高は、走査角の絶対値に比例する。このため、中心部の像と端部の像との像高は、原映像では等しくても、再生像では差が出てしまう。すなわち、再生品質が低下する。
（ｂ）走査照射領域が、回転軸の回りに往復回動する光偏向器のミラーにより生成される結果、走査速度は、照射領域の水平方向中央部で速く、水平方向端部で遅くなる。この結果、照射領域において水平方向の中央部の照度が不十分になる。
　本発明の目的は、第１に走査光ビームの走査方向の位置に関係する像高の変化を制御し、第２に走査光ビームの走査方向の位置に関係する走査速度を適切に増減する車両用前照灯を提供することである。
　本発明の車両用前照灯は、
　発射光ビームとしての光ビームを発射する光源と、
　前記光源から入射する前記発射光ビームを反射するミラーと、該ミラーを回転軸の回りに往復回動させて前記ミラーから走査光ビームを出射させるアクチュエータとを有する光偏向器と、
　前記光偏向器からの前記走査光ビームを蛍光体により波長変更するとともに、波長変更後の前記走査光ビームの走査により映像が生成される映像面を有する蛍光体プレートと、　前記蛍光体プレートの前記映像面の前記映像を車両の前方の照射領域に投射する投射部と、
　前記回転軸の回りの前記ミラーの往復回動の中心回動位置に対応する中心走査角で出射する中心走査光ビームの光路の光軸としての中心光軸に光軸を揃え、前記光偏向器から入射する前記走査光ビームを補正して前記蛍光体プレートの前記映像面に出射する補正光学部材と、
を備え、
　前記補正光学部材の屈折力は、前記中心光軸が前記補正光学部材を通過する部分を少なくとも含むように前記補正光学部材の出射側に設定された中央出射範囲では、前記中心光軸から径方向に離れるに従って減少するように、設定されている。
　本発明によれば、補正光学部材の屈折力は、中心光軸が補正光学部材を通過する部分を少なくとも含むように補正光学部材の出射側に設定された中央出射範囲分では、径方向に中心光軸から離れるに従って減少するように、設定される。これにより、走査光ビームの走査方向の位置に関係する像高の変化を抑制することができる。
　好ましくは、本発明の車両用前照灯において、
　前記回転軸の回りのミラーの単位回動角に対する前記蛍光体プレートの前記映像面における走査方向の光スポットの移動量を移動比率としたとき、
　前記移動比率は、前記光スポットが前記中心光軸と前記映像面との交点を少なくとも含む中央映像範囲では、前記光スポットが前記交点から離れた位置にあるときほど、小さくなるように、前記補正光学部材が設定されている。
　本発明によれば、移動比率は、光スポットが中心光軸と映像面との交点を少なくとも含む中央映像範囲では、光スポットが交点から離れた位置にあるときほど、小さくなるように、補正光学部材が設定されている。これにより、映像面において中心光軸との交点の近傍範囲の走査光ビームの走査速度が低下し、該近傍範囲に対応する照射領域の領域部分の照度を高くすることができる。
　好ましくは、本発明の車両用前照灯において、
　前記補正光学部材は、それぞれ前記光偏向器側及び前記蛍光体プレート側に配設された第１及び第２レンズを含み、
　前記第１レンズは、走査方向の前記走査光ビームの径を拡大し、
　前記第２レンズは、走査方向の前記走査光ビームの径を縮小する。
　本発明によれば、補正光学部材に対して光偏向器側及び蛍光体プレート側の焦点距離を短縮させて、蛍光体プレート上の光スポットを小さくすることができる。
　好ましくは、本発明の車両用前照灯において、
　前記補正光学部材から出射した前記走査光ビームが前記映像面に矩形の照射領域を生成するときに、該矩形の照射領域を第１図形とし、
　前記中心光軸上において前記映像面と同一位置にあり、前記中心光軸に対して垂直な投影面を設定し、
　前記第１図形を前記中心光軸の方向に前記投影面に投影した投影図形を第２図形とし、　前記補正光学部材から出射した前記走査光ビームが前記投影面に生成する走査領域を第３図形とし、
　前記第３図形の大きさ及び形状が前記第２図形の大きさ及び形状と一致するように、前記補正光学部材が設定されている。
　本発明によれば、第３図形の大きさ及び形状が第２図形の大きさ及び形状と一致するように、補正光学部材が設定される。これにより、映像面に生成される照射領域が矩形となり、投影面での台形化を抑制し、制御装置による走査位置補正を排除することができる。
車両用前照灯の全体の模式図である。 光偏向器の模式的な正面図である。 振れ角及び走査角の説明図である。 ミラーの往復回動の１サイクルにおける走査角等の時間変化を示す図である。 光偏向器のミラーから各走査角で出射する走査光ビームを示す図である。 走査角と映像面上の像高との関係を補正レンズの有り無しで対比して示すグラフである。 走査角と走査速度との関係を補正レンズの有り無しで対比して示すグラフである。 映像面における走査位置と光度との関係を補正レンズの有り無しで対比して示すグラフである。 車両用前照灯において蛍光体プレートの映像面の各位置に生成される発光パターンを調べたときの模式構成図である。 図９の構成で映像面の各座標位置において走査光ビームが生成する発光パターンを示す図である。 別の車両用前照灯の主要部の構成図である。
　以下に、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。以下の説明において、実質的に同一又は等価な要素及び部分については、共通の参照符号を使用している。
　（全体）
　図１は、車両用前照灯１０の全体の模式図である。車両用前照灯１０は、複数の個別光ビーム生成部１１ａ，１１ｂと、単一の共通投射部１２とを備え、制御装置１４により制御される。
　各個別光ビーム生成部１１（個別光ビーム生成部１１ａ，１１ｂの総称）は、ＬＤ（レーザダイオード）１６、アフォーカルコンバータ１７ａ，１７ｂ、光偏向器１８及び補正レンズ１９ａ，１９ｂを備える。共通投射部１２は、蛍光体プレート２３及び投射レンズ２６ａ，２６ｂ，２６ｃを備える。
　ＬＤ１６は、青色のレーザ光（例：波長＝４５０ｎｍ）を発射光ビームＣａとして出射する。アフォーカルコンバータ１７（アフォーカルコンバータ１７ａ，１７ｂの総称）は、ＬＤ１６からの発射光ビームＣａを光偏向器１８のミラー１０１（図２）に照射する。光偏向器１８は、発射光ビームＣａを走査光ビームＣｂに変換して出射する。走査光ビームＣｂは、補正レンズ１９（補正レンズ１９ａ，１９ｂの総称）により横断面の形状及び走査速度が補正され、その後、共通投射部１２の蛍光体プレート２３の表面側に入射する。
　制御装置１４は、光源切替部２２ａとアクチュエータ駆動部２２ｂとを備える。光源切替部２２ａは、ＬＤ１６のオン、オフを切り替える。光源切替部２２ａは、ＬＤ１６のオン期間中のＬＤ１６の通電電流を変更して、オン期間中のＬＤ１６の輝度も制御可能にしている。アクチュエータ駆動部２２ｂは、光偏向器１８の内側アクチュエータ１０３ａ，１０３ｂ（図２）及び外側アクチュエータ１０５ａ，１０５ｂ（図２）の駆動電圧を制御する。
　蛍光体プレート２３は、裏面側にミラーを有する。該ミラーは、蛍光体プレート２３の入射面としての映像面４０（図５及び図９）に入射した走査光ビームＣｂを反射して、今度は出射面としての映像面４０から集合光ビームＣｃとして出射する。蛍光体プレート２３は、波長変換部材として、蛍光体粒子を封入している。走査光ビームＣｂは、蛍光体プレート２３の蛍光体粒子の収容部分を通過する際、一部の走査光ビームＣｂは、蛍光体粒子を励起して、波長を変換され、色を青色から黄色に変更される。この結果、蛍光体プレート２３の出射面から投射レンズ２６ａに向かって出射する集合光ビームＣｃは、黄色と青色との混色の白色で出射する。
　集合光ビームＣｃは、その後、複数の投射レンズ２６（投射レンズ２６ａ，２６ｂ，２６ｃの総称）から成る投射レンズ部を経て、該投射レンズ部から投射光ビームとして車両の前方の照射領域を照射する。車両用前照灯１０の照射領域において、光ビームの重畳数の多い照射領域部分ほど、光度が高く（明るく）なる。
　中心光軸３３は、ミラー１０１が光偏向器１８の正面を向く回動角（後述の振れ角α＝０°かつ振れ角β＝０°）になった時に出射する走査光ビームの光路（以下、適宜「中心光路」という。）の光軸として定義されている。補正レンズ１９は、その光軸を中心光軸３３に揃えて配置されている。
　（光偏向器）
　図２は、光偏向器１８の模式的な正面図である。光偏向器１８の構成の説明の便宜上、相互に直交するＵｘ軸、Ｕｙ軸及びＵｚ軸の３軸から成る座標系を定義する。Ｕｘ軸及びＵｙ軸は、正面視が矩形である光偏向器１８の横及び縦の方向に平行に揃えられている。また、Ｕｚ軸は、光偏向器１８の板厚の方向に平行に揃えられている。
　光偏向器１８は、正面視で横長の矩形になっており、ＭＥＭＳとしてシリコン結晶のウェーハから製造される。光偏向器１８は、正面視の中心Ａｏから外側に順番に、ミラー１０１、トーションバー１０２ａ，１０２ｂ、内側アクチュエータ１０３ａ，１０３ｂ、可動枠１０４、外側アクチュエータ１０５ａ，１０５ｂ及び固定枠１０６を備える。
　円形のミラー１０１は、中心Ａｏに発射光ビームＣａが照射される。内側アクチュエータ１０３（内側アクチュエータ１０３ａ，１０３ｂの総称）は、ミラー１０１をミラー１０１の径方向外側から包囲する。可動枠１０４は、内側アクチュエータ１０３を径方向外側から包囲する。トーションバー１０２（トーションバー１０２ａ，１０２ｂの総称）は、Ｕｙ軸方向に延在し、両端においてミラー１０１と可動枠１０４とに結合している。
　各外側アクチュエータ１０５（外側アクチュエータ１０５ａ，１０５ｂの総称）は、ミアンダ配列の複数のカンチレバー１０７から構成され、可動枠１０４と固定枠１０６との間に介在する。内側アクチュエータ１０３及び外側アクチュエータ１０５は、共に圧電式アクチュエータである。
　ミラー１０１は、第１回転軸Ａｈ及び第２回転軸Ａｖの２軸方向に往復回動する。後述の振れ角α＝０°及び振れ角β＝０°では、第１回転軸Ａｈ及び第２回転軸Ａｖは、それぞれＵｙ軸及びＵｘ軸に一致する。第１回転軸Ａｈは、ミラー１０１の第１回転軸Ａｈ及び第２回転軸Ａｖの２軸の回りの往復回動中、トーションバー１０２の中心線に一致する。第２回転軸Ａｖは、２軸の回りの往復回動中、Ｕｘ軸に常に一致する。
　第１回転軸Ａｈの回りのミラー１０１の往復回動は、ミラー１０１の共振が利用されるので、該往復回動の周波数Ｆｈは、共振周波数となる。これに対し、第２回転軸Ａｖの回りのミラー１０１の往復回動は、非共振であり、該往復回動の周波数Ｆｖは、非共振周波数となる。Ｆｖ＜Ｆｈである。
　（補正光学部材）
　複数の補正レンズ１９は、補正光学部材を構成する。図３は、振れ角α及び走査角θの説明図である。振れ角αは、第１回転軸Ａｈの回りのミラー１０１の回動角である。これに対して、振れ角βは、第２回転軸Ａｖの回りのミラー１０１の回動角である。ミラー１０１が、光偏向器１８の真正面を向いた時のミラー１０１の振れ角α，βは、共に０°と定義する。
　水平方向の走査角θは、振れ角α＝０°のときに、光偏向器１８から出射する走査光ビームＣｂに対する各走査光ビームＣｂの出射角度と定義する。したがって、走査角θ＝０°は、振れ角α＝０°のときに、光偏向器１８から出射する走査光ビームＣｂの走査角となる。図１の中心光軸３３は、走査角θ＝０°の走査光ビームＣｂの光路に一致する。
　試験スクリーン３５は、光偏向器１８から所定距離離れて中心光軸３３に対して垂直に設けられている。ミラー１０１からの走査光ビームＣｂは、試験スクリーン３５上をラスタースキャンして、試験スクリーン３５に映像を表示する。距離ｄは、中心光軸３３と試験スクリーン３５との交点から走査光ビームＣｂの走査位置までの距離である。
　図４は、ミラー１０１が周波数Ｆｈで往復回動している時の１サイクルにおける距離ｄ及び試験スクリーン３５における走査光ビームＣｂの光スポットの光度の時間変化を示している。
　走査角θ及び距離ｄは、サインカーブで変化する。試験スクリーン３５上の光スポットの移動速度としての走査光ビームＣｂの走査速度は、距離ｄの時間微分値となる。ミラー１０１は、第１回転軸Ａｈの回りを往復回動するので、走査光ビームＣｂの走査速度は、走査角θ＝０°で最大となり、走査角θの変動範囲の両端で０になる。
　この結果、試験スクリーン３５における走査光ビームＣｂの光スポットの光度は、走査速度が最大となる走査角θ＝０°で最小となり、走査角θの変動範囲の両端で最大となる。図４では、光度の最大値は、グラフ領域の上端より上になるため、記載が省略されている。
　図５は、光偏向器１８のミラー１０１から各走査角θで出射したときの走査光ビームＣｂの光路を示している。図５では、走査光ビームＣｂが計７本記載されている。中心の走査光ビームＣｂは、中心光軸３３を光軸とする走査光ビームＣｂであり、走査角θ＝０°に相当する。
　図５における蛍光体プレート２３は、蛍光体プレート２３の映像面４０のＯｅを通り、かつ水平方向に沿う断面で示されている。すなわち、Ｏｅの位置での水平断面で切ったものになっている。
　図５において、７本の走査光ビームＣｂの走査角θについては、等角度間隔になっている。７本のうち、中心光軸３３に沿って進む走査光ビームＣｂ（以下、「中心走査光ビームＣｂ」という。）は、Ｏｅ（中心光軸３３と映像面４０との交点）に光スポットを生成する。中心走査光ビームＣｂに対して水平方向右側の３本の走査光ビームＣｂは、中心走査光ビームＣｂに近い方の走査光ビームＣｂから順番にＰｒ１，Ｐｒ２，Ｐｒ３の間隔で光スポットを映像面４０上に生成する。中心走査光ビームＣｂに対して水平方向左側の３本の走査光ビームＣｂは、中心走査光ビームＣｂに近い方の走査光ビームＣｂから順番にＰｌ１，Ｐｌ２，Ｐｌ３の間隔で光スポットを映像面４０上に生成する。
　中心走査光ビームＣｂは、走査角θ＝０°のときの走査光ビームＣｂである。図５において、走査光ビームＣｂは、映像面４０上を右から左に走査する。したがって、映像面４０上に生成される光スポットも、映像面４０上を右から左に走査する。各走査光ビームＣｂの走査角θは、左の走査光ビームＣｂほど大きい値になる。
　図５において、中心走査光ビームＣｂに対して左右の３本の走査光ビームＣｂは、中心走査光ビームＣｂに対して左右対称になっている。したがって、Ｐｒ１＝Ｐｌ１，Ｐｒ２＝Ｐｌ２，Ｐｒ３＝Ｐｌ３の関係がある。また、Ｐｒ１＜Ｐｒ２＜Ｐｒ３となるように，１９の光学特性が設定されている。
　換言すると、第１回転軸Ａｈの回りのミラー１０１の振れ角αの単位量（以下、適宜「単位回動角」という。）に対する映像面４０における走査方向の光スポットの移動量を移動比率としたとき、移動比率は、Ｏｅから離れた位置にあるときほど、小さくなるように、補正レンズ１９の光学特性が設定されている。なお、補正レンズ１９の光学特性は、例えば、補正レンズ１９の入射面又は出射面の幾何学形状の設定により設定することができる。また、図５では、補正レンズ１９の径方向全体にわたり、当該光学的特性が生じるように設定されているが、映像面４０において少なくともＯｅを含む中央の範囲としての中央映像範囲で設定されていれば、よいとする。
　図６は、走査角θと映像面４０上の像高との関係を補正レンズ１９の有り無しで対比して示すグラフである。図７は、走査角θと映像面４０における走査角θの走査速度との関係を補正レンズ１９の有り無しで対比して示すグラフである。図８は、映像面４０における走査位置ｄと光度との関係を補正レンズ１９の有り無しで対比して示すグラフである。なお、像高及び走査速度は、走査角θの±で対称であるので、これらの図では、走査角θの＋側のみを図示している。
　なお、補正レンズ１９無しとは、補正レンズ１９ａ，１９ｂが共に無いことを意味している。また、映像面４０の縦横は、車両用前照灯１０が搭載される車両の前方の照射領域の垂直方向及び水平方向に対応している。そして、像高とは、走査光ビームＣｂが映像面４０の各走査位置において生成する映像の縦方向寸法、すなわち走査方向に対して直交する方向の像寸法を意味する。
　図６において、補正レンズ１９無しのときは、走査角θと像高は、略比例関係にある。これに対し、補正レンズ１９有りのときは、像高は、補正レンズ１９無しのときの像高を上回らないように、すなわち以下になっている。
　逆に言うと、補正レンズ１９の光学特性（例えば、入射面及び出射面の幾何学形状で設定される。）が、図６の補正レンズ１９有りのときの関係となるように、設定されている。具体的には、例えば、補正レンズ１９から構成される補正光学部材は、その屈折力が、中心光軸３３から径方向（中心光軸３３に対して垂直方向）に離れるに従って減少するように、設定されている。このことは、少なくとも中心光軸３３を中心とする径方向の所定範囲としての中央範囲では、中心の像高に対する各径方向位置の像高の差分が低く維持されることを意味する。この結果、少なくとも、径方向の中央範囲では、映像の品質が改善される。
　補正光学部材において、屈折力が、中心光軸３３から径方向に離れるに従って減少する設定は、補正光学部材の径方向全面にわたり行う必要はない。補正光学部材を通過する部分を少なくとも含む径方向出射範囲とするように中央出射範囲分において少なくとも達成するようになっていれば十分である。
　図７において、補正レンズ１９無しのときは、走査速度は、走査角θの増大にしたがって漸減する。これに対し、補正レンズ１９有りのときは、走査速度は、中心光軸３３が少なくとも走査角θの中間値に達するまでは、補正レンズ１９無しのときの走査速度を下回っている。この特性は、図５で述べたように、移動比率は、Ｏｅから離れた位置にあるときほど、小さくなるように、補正レンズ１９の光学特性を設定することにより、実現される。
　図８において、映像面４０の中央領域では補正レンズ１９有りのときの光度は、補正レンズ１９無しのときの光度を上回っている。この結果、車両用前照灯１０では、車両の前方の照射領域を集合光ビームＣｃで照射するときに、車幅の中央領域に相当する中央領域の光度（この場合、照度でもある。）を周辺領域の高度より高くすることができる。すなわち、水平方向及び垂直方向に関して、中央領域を両端領域より明るくすることができる。
　図９は、車両用前照灯１０において蛍光体プレート２３の映像面４０の各位置に生成される発光パターンを調べたときの模式構成図である。蛍光体プレート２３は、反射型の波長変換装置であるので、蛍光体プレート２３の表面から走査光ビームＣｂが入射して、裏面のミラーで反射し、そして、色変換された集合光ビームＣｃとなって表面から出射する。映像は、蛍光体プレート２３の入射面及び出射面として蛍光体プレート２３の表面に生成されるので、映像面４０は、蛍光体プレート２３の表面となる。
　車両用前照灯１０は、透過型の波長変換装置を使用することもできる。透過型の波長変換装置では、蛍光体プレート２３の両面をそれぞれ入射面及び出射面として、走査光ビームＣｂは、蛍光体プレート２３の一方の面としての入射面から蛍光体プレート２３内に進入し、他方の面としての出射面から抜けていく。映像は、蛍光体プレート２３の両面に生成されるので、映像面４０は、蛍光体プレート２３の一方又は他方の面となる。
　説明の便宜上、映像面４０に対してｘ軸－ｙ軸の２軸座標系を定義している。原点ｏは、矩形の映像面４０の中心としての２本の対角線の交点に定義している。ｘ軸及びｙ軸は、それぞれ矩形の映像面４０の横辺（水平方向の辺）及び縦辺（垂直方向の辺）に平行に定義されている。
　図９及び次の図１０において、○で囲われた数字は、映像面４０上の座標位置を示し、明細書では、記述の便宜上、数字の前に”ｍ”を付けて表す。
　図９において、ｍ１－ｍ３の組、ｍ４－ｍ６の組及びｍ７－ｍ９の組は、それぞれ同一のｙ座標にある。図９において、ｍ１，ｍ４，ｍ７の組、ｍ２，ｍ５，ｍ８の組及びｍ７－ｍ９の組は、それぞれ同一のｘ座標にある。ｍ４の座標位置は、原点ｏである。
　図１０は、図９の構成で映像面４０の各座標位置において走査光ビームＣｂが生成する発光パターンを示している。図９の下部の表内において、ｘ，ｙの数値は、ｍ１－ｍ９のｘ座標及びｙ座標（単位ｍｍ）を意味する。また、Ｓｐｏｔ＿Ｘ及びＳｐｏｔ＿Ｙは、ｍ１－ｍ９の各位置で生成される発光パターン（図１０のｍ１－ｍ９の発光パターン）の横及び縦の寸法（単位：μｍ）である。
　典型的な車両用前照灯１０では、中心光軸３３は、映像面４０に立てた法線に平行にならず、傾斜している。すなわち、走査光ビームＣｂは、映像面４０に垂直に入射せず、斜めの方向から入射する。したがって、従来の車両用前照灯では、走査光ビームＣｂが映像面４０においてラスタースキャンする２次元の走査領域が縦方向に関して走査光ビームＣｂの入射側に対して遠い側の辺が近い側の辺よりも膨らむ台形になってしまう。これに対処するため、車両用前照灯１０は、次に述べる構成を有している。
　図１０は、走査光ビームＣｂが映像面４０に生成する走査領域が矩形になるように、補正レンズ１９を設定したときの発光パターンを表示している。詳しく説明すると、補正レンズ１９から出射した走査光ビームＣｂが映像面４０に矩形の照射領域を生成するときに、該矩形の照射領域を第１図形とする。中心光軸３３上において映像面４０と同一位置にあり、中心光軸３３に対して垂直な投影面を設定する。第１図形を中心光軸３３の方向に投影面に投影した投影図形を第２図形とする。補正レンズ１９から出射した走査光ビームＣｂが投影面に生成する走査領域を第３図形とする。
　車両用前照灯１０では、第３図形の大きさ及び形状が第２図形の大きさ及び形状と一致するように、補正レンズ１９が設定されている。これにより、中心光軸３３が映像面４０に対して傾斜しているにもかかわらず、走査光ビームＣｂが映像面４０に生成する走査領域は正しく矩形になる。すなわち、台形になることが抑制される。
　図１１は、別の車両用前照灯５０の主要部の構成図である。車両用前照灯５０の各要素に対して、車両用前照灯１０の要素と対応する要素は、車両用前照灯１０の対応要素に付けた符号を付けている。
　車両用前照灯５０は、個別光ビーム生成部５１ａ，５１ｂ，５１ｃを備える。個別光ビーム生成部５１ａ，５１ｂ，５１ｃの各々の構成は、蛍光体プレート２３に対する相対位置が異なるだけで、構成自体は、同一となっている。
　個別光ビーム生成部５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、それぞれプリズム５３ａ，５３ｂ，５３ｃを備える。プリズム５３ａは、発射照射領域Ｃａの光路においてアフォーカルコンバータ１７と光偏向器１８との間に介在する。プリズム５３ｂは、走査光ビームＣｂの光路において、補正レンズ１９ｂと蛍光体プレート２３との間に介在する。
　プリズム５３ａ，５３ｂ，５３ｃにより車両用前照灯５０の軸方向寸法を縮小することができる。
　（変形例）
　実施形態では、走査光ビームを生成するために、圧電アクチュエータ駆動の光偏向器１８が用いられている。本発明では、これに代えて、電磁型や静電型アクチュエータの光偏向器を用いることができる。
１０・・・車両用前照灯、１１，５１・・・個別光ビーム生成部、１２，５２・・・共通投射部、１４・・・制御装置、１６・・・ＬＤ、１８・・・光偏向器、１９・・・補正レンズ、２３・・・蛍光体プレート、２６・・・投射レンズ、３３・・・中心光軸、４０・・・映像面、１０１・・・ミラー、１０３・・・内側アクチュエータ（アクチュエータ）。

Claims (4)

  1. 　発射光ビームとしての光ビームを発射する光源と、
    　前記光源から入射する前記発射光ビームを反射するミラーと、該ミラーを回転軸の回りに往復回動させて前記ミラーから走査光ビームを出射させるアクチュエータとを有する光偏向器と、
    　前記光偏向器からの前記走査光ビームを蛍光体により波長変更するとともに、波長変更後の前記走査光ビームの走査により映像が生成される映像面を有する蛍光体プレートと、　前記蛍光体プレートの前記映像面の前記映像を車両の前方の照射領域に投射する投射部と、
    　前記回転軸の回りの前記ミラーの往復回動の中心回動位置に対応する中心走査角で出射する中心走査光ビームの光路の光軸としての中心光軸に光軸を揃え、前記光偏向器から入射する前記走査光ビームを補正して前記蛍光体プレートの前記映像面に出射する補正光学部材と、
    を備え、
    　前記補正光学部材の屈折力は、前記中心光軸が前記補正光学部材を通過する部分を少なくとも含むように前記補正光学部材の出射側に設定された中央出射範囲では、前記中心光軸から径方向に離れるに従って減少するように、設定されていることを特徴とする車両用前照灯。
  2. 　請求項１記載の車両用前照灯において、
    　前記回転軸の回りのミラーの単位回動角に対する前記蛍光体プレートの前記映像面における走査方向の光スポットの移動量を移動比率としたとき、
    　前記移動比率は、前記光スポットが前記中心光軸と前記映像面との交点を少なくとも含む中央映像範囲では、前記光スポットが前記交点から離れた位置にあるときほど、小さくなるように、前記補正光学部材が設定されていることを特徴とする車両用前照灯。
  3. 　請求項１又は２記載の車両用前照灯において、
    　前記補正光学部材は、それぞれ前記光偏向器側及び前記蛍光体プレート側に配設された第１及び第２レンズを含み、
    　前記第１レンズは、走査方向の前記走査光ビームの径を拡大し、
    　前記第２レンズは、走査方向の前記走査光ビームの径を縮小することを特徴とする車両用前照灯。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の車両用前照灯において、
    　前記補正光学部材から出射した前記走査光ビームが前記映像面に矩形の照射領域を生成するときに、該矩形の照射領域を第１図形とし、
    　前記中心光軸上において前記映像面と同一位置にあり、前記中心光軸に対して垂直な投影面を設定し、
    　前記第１図形を前記中心光軸の方向に前記投影面に投影した投影図形を第２図形とし、　前記補正光学部材から出射した前記走査光ビームが前記投影面に生成する走査領域を第３図形とし、
    　前記第３図形の大きさ及び形状が前記第２図形の大きさ及び形状と一致するように、前記補正光学部材が設定されていることを特徴とする車両用前照灯。
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