JP6180091B2

JP6180091B2 - 車両用灯具

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Publication number: JP6180091B2
Application number: JP2012197277A
Authority: JP
Inventors: 隆之八木; 山村　聡志; 聡志山村
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2017-08-16
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: JP2014053184A; US10323814B2; US20140071706A1; EP2706287B1; CN103672658B; EP2706287A3; EP2706287A2; CN103672658A

Description

本発明は、車両に取り付けられる車両用灯具に関するものである。

数１００〜１０万個の微小な反射素子を備えたＤＭＤ（Digital Mirror Device）を利用した照明装置が、特許文献１に開示されている。特許文献１は、ＤＭＤの個々の反射素子によって、照明装置から出射する光束の特性を簡単に広範囲に変化させることを提案している。

特開平９−１０４２８８号公報

ところで、光源からの光はある程度の広がりを持ってＤＭＤ上の投影面に照射される。光源からの光のうち、投影面の境界において投影面側に入射した光は反射されて、投影レンズによって灯具の前方へ投影される。一方、投影面の外側に向かった光は反射されず、投影レンズに入射することがない。このため、投影レンズによって灯具前方に投影された配光パターンにおいて、投影面の境界に起因して明瞭な暗部と明部の境界線が形成されてしまい、ユーザに違和感を感じさせてしまう。

そこで、本発明は、投影面の境界に起因する暗部と明部の境界線を目立ちにくくすることができ、違和感のない自然な配光パターンを形成可能な車両用灯具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両用灯具は、投影レンズと、前記投影レンズの後方焦点近傍に位置しマトリクス状に配列されそれぞれ個別に駆動される複数の光学素子によって形成された投影面を有する二次元画像形成装置と、前記二次元画像形成装置の投影面に光を照射する光源と、前記光学素子と前記投影レンズの間に設けられ、前記投影面の端部に配列された光学素子の前記投影レンズに向かう光を減少させる減光部と、を備えることを特徴とする。

また上記本発明の車両用灯具において、前記光学素子と前記投影レンズの間には、透明カバーが設けられ、前記透明カバーの端部に前記減光部が設けられていてもよい。

また上記本発明の車両用灯具において、前記減光部は、前記投影面の中央側から端部側に配列された前記光学素子にかけて、前記投影レンズに向かう光を徐々に減少させてもよい。

また上記本発明の車両用灯具において、前記減光部は、前記光学素子から前記投影レンズに向かう光の一部を遮ることで、前記投影レンズに向かう光を減少させてもよい。

また上記本発明の車両用灯具において、前記減光部は、前記光学素子から前記投影レンズに向かう光の一部を拡散させることで、前記投影レンズに向かう光を減少させてもよい。

本発明によれば、二次元画像形成装置における投影面の端部に対応して減光部を設けたことにより、当該端部に配列された反射素子から投影レンズに入射する光の量を減少させることができ、投影面の境界に起因して生じる配光パターンの不自然な明暗差を目立たなくすることができる。これにより、自然な見え方の配光パターンを形成可能な車両用灯具を提供することができる。

本発明の実施形態に係る車両用前照灯の側断面図である。図１の部分拡大図である。ＤＭＤの部分拡大図である。（ａ）は本実施形態に係る車両用前照灯により形成する配光パターンを示す図であり、（ｂ）は（ａ）を形成するための照射パターンおよび投影面を示す図、（ｃ）は比較例に係る配光パターンを示す図である。減光部を模式的に示した図である。（ａ）は照射パターンの別の例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の照射パターンを用いて形成する配光パターンの図である。他の実施形態に係る車両用前照灯の図２に対応する図である。液晶装置の部分拡大図である。

以下、本発明に係る車両用灯具の実施形態の一例を添付図面に基づいて説明する。

図１は、車両用灯具の一例である車両用前照灯１の側断面図を示す。車両用前照灯１は、灯具前方に開口する開口部を有したランプボディ２と、その開口部に取り付けられた透明樹脂製のアウターカバー３を備えている。アウターカバー３は、ランプボディ２の開口部を前方から閉塞するように配置され、ランプボディ２と共に灯室Ｓを形成している。なお、以下の説明では、図１に示す矢印Ｘの方向を光照射方向である前方、矢印Ｙの方向を上方という。

灯室Ｓ内には、二次元画像形成装置としてのＤＭＤ（Digital Mirror Device）１０と、光源としてのＬＥＤ４と、ＬＥＤ４からの光をＤＭＤ１０へ向けて反射させるリフレクタ５と、ＤＭＤ１０からの光を前方へ投影する投影レンズ６が設けられている。また、灯室Ｓの外部には、ＤＭＤ１０の動作を制御する制御部７が設けられている。

図２は、灯室Ｓ内に配置されている各部材を拡大して示したものである。
ＤＭＤ１０の前方側の面には、ＬＥＤ４からの光を反射する投影面１１が形成されている。リフレクタ５は、ＬＥＤ４から出射した光をＤＭＤ１０の投影面１１に向けて反射させる反射面５ａを備えている。ＬＥＤ４から出射しリフレクタ５で反射された光により、ＤＭＤ１０の投影面１１の略全面が照らされるように構成されている。

投影レンズ６は、その光軸Ａｘが灯具の前後方向を向くように設けられている。この投影レンズ６は、ＤＭＤ１０の前方であって、投影レンズ６の後方焦点Ｆの位置がＤＭＤ１０の投影面１１と略一致するように配置されている。これにより、ＤＭＤ１０の投影面１１に形成された照射パターンは、その上下左右が反転されるとともに拡大されて前方に投影される。

ＤＭＤ１０の投影面１１と投影レンズ６の間、本実施形態においてはＤＭＤ１０の投影面１１上に透明カバー１３が設けられている。透明カバー１３は、後述する反射素子１２を保護する部材である。透明カバー１３は、投影面１１を覆うように配置されている。したがって、投影面１１で反射された光は、透明カバー１３を通過して灯具前方に出射する。

図３は、ＤＭＤ１０を拡大して示したものである。
ＤＭＤ１０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して形成された装置であり、単一の基板上に複数の反射素子（光学素子の一例）１２がマトリクス状に配列された二次元画像形成装置である。これらの反射素子１２によって、ＤＭＤ１０の前面にはＬＥＤ４からの光を反射する投影面１１が形成されている。ＤＭＤ１０は、投影レンズ６の後方焦点Ｆ近傍に配置されている。

複数の反射素子１２は、それぞれ回転軸周りに回転可能に設けられている。個々の反射素子１２に個別に電圧を印加することにより、反射素子１２は矢印Ａに示される姿勢で静止する状態と、矢印Ｂに示される姿勢で静止する状態と、にそれぞれ個別にその姿勢を切り替え可能とされている。

反射素子１２が矢印Ａで示す姿勢（即ち反射素子１２の反射面が光軸Ａｘに対して略４５度の角度をなす姿勢）にあるときは、反射素子１２に入射した光Ｌ1は投影レンズ６に入射するように反射される。これにより投影レンズ６を介してＬＥＤ４からの光は灯具の前方に出射される。このように反射素子１２がＬＥＤ４からの光を投影レンズ６に入射させる姿勢にあるときを、反射素子１２が入射位置にあると呼ぶ。

これに対して、反射素子１２が矢印Ｂで示す姿勢（即ち反射素子１２の反射面が光軸Ａｘと略直交する姿勢）にあるときは、反射素子１２に入射した光Ｌ2は投影レンズ６から外れた方向に反射され、投影レンズ６に入射しない。これにより、ＬＥＤ４からの光は灯具前方に出射されない。このように反射素子１２が光を投影レンズ６に入射させない姿勢にあるときを、反射素子１２が非入射位置にあると呼ぶ。

反射素子１２は、制御部７（図１参照）から送信される制御信号によって個別に駆動され、それぞれが入射位置または非入射位置に切り替え可能とされている。反射素子１２毎に入射位置と非入射位置とを切り替えることにより、投影面１１に所望の照射パターンを形成することができる。

このように構成される車両用前照灯１において、投影面１１に形成された照射パターン４０が投影レンズ６によって灯具前方に投影されることにより、配光パターン３０が形成される。そこで、灯具の前方に図４の（ａ）のような配光パターン（ロービーム配光パターン）３０を形成するために、投影面１１に図４の（ｂ）のような照射パターン４０を形成する。なお、図４の（ａ）および（ｃ）は、車両用前照灯１の２５ｍ前方に設けられた仮想的な鉛直スクリーン上に形成される配光パターン３０，３０Ａを示している。

図４（ａ）は、投影面１１に形成される照射パターン４０の一例を示す。符号Ｃで示したように、ＬＥＤ４からの光によって投影面１１のうち、配光パターン３０に近似した形状で照射パターン４０より大きい範囲が照らされる。さらにこの照射範囲Ｃのうち、配光パターン３０の形状に対応した領域に属する反射素子１２を入射位置に設定し、それ以外の反射素子１２を非入射位置に設定する。このように、特定の領域に属する反射素子１２を入射位置に設定し、それ以外の反射素子１２を非入射位置に設定することにより、投影面１１上に照射パターン４０が形成される。ここで照射パターン４０とは、入射位置に設定された複数の反射素子１２が形作る形状を言う。なお、図４の（ｂ）では反射素子１２を図示していないが、投影面１１には１万〜１００万個の反射素子１２が形成されていることが好ましい。

ここでＬＥＤ４からの光はある程度の広がりを持って投影面１１を照射する。したがって、図４の（ｂ）に示したように、ＬＥＤ４からの光の一部は意図せずに投影面１１の外側も照射してしまう。

すると、減光部１５が設けられていない場合には、照射パターン４０の左右方向の端部において、投影面１１の端部境界の内側ではＬＥＤ４からの光が反射され、投影面１１の端部境界の外側ではＬＥＤ４からの光は反射されない。つまり、図４の（ｃ）で示す比較例の配光パターン３０Ａのように、配光パターン３０Ａの左右方向の端部において、配光パターン３０Ａの内側では反射素子１２からの反射光によって明るく照らされた明部３０Ａ１が形成され、配光パターン３０Ａの外側には光が照射されずに暗部３０Ａ２が形成される。したがって、配光パターン３０Ａの輪郭において極端な明暗境界線Ｄが視認されてしまい、ユーザが違和感を覚えてしまう。このような違和感は、図示したように、配光パターン３０の明暗境界線が直線状に見えてしまう場合に、より顕著となる。

そこで本実施形態においては、投影面１１の端部に配列された反射素子１２から投影レンズ６に向かう光を減少させる減光部１５が、反射素子１２と投影レンズ６との間に設けられている。図４の（ｂ）に示した例においては、投影面１１の最外周を含む枠状の減光部１５が透明カバー１３に設けられている。この減光部１５は最外周に配置された反射素子１２を覆う位置に設けられているので、少なくとも投影面１１の最外周に配置された反射素子１２から投影レンズ６に向かう光を減少させる。

このような減光部１５は、例えば透明カバー１３の上面のうち、減光させたい反射素子１２を覆う位置に半透光性のインクを印刷することにより形成することができる。あるいは減光部１５は、透明カバー１３に遮光性のインクで印刷された微小ドットの集合、透明カバー１３に貼り付けられた半透明のテープ、などにより構成することができる。

あるいは投影レンズ６に入射する光の一部を遮るだけでなく、光を投影レンズ６に向かわせないように拡散することにより、減光部１５を構成してもよい。この場合には、透明カバー１３の上面のうち、減光させたい反射素子１２を覆う位置に、拡散プリズムを設置したり、透明カバー１３の上面に微小な凹凸を形成することにより、減光部１５を構成することができる。

このように本実施形態に係る車両用前照灯１によれば、減光部１５によって少なくとも投影面１１の最外周に配置された反射素子１２から投影レンズ６に向かう光が減少される。これにより、配光パターン３０の端部において明暗境界線をぼかすことができ、自然な見え方の配光パターン３０を形成することができる。

なお図示したように、減光部１５を所定の幅を持った枠状に形成し、投影面１１の最外周に位置する反射素子１２よりも内側に位置する反射素子１２からの光をも減少させるように構成してもよい。この場合、投影面１１の中心側に位置する反射素子１２からの光の減少量が、投影面１１の外周側に位置する反射素子１２からの光の減少量よりも小さくなるように、減光部１５が形成されていることが好ましい。

また、投影面１１の中央側から端部側に配列された反射素子１２にかけて、投影レンズ６に向かう光を徐々に減少させることが好ましい。本実施形態において減光部１５は、少なくとも投影面１１の最外周に配置された反射素子１２を覆う第一減光部１５ａと、第一減光部１５ａの内側に設けられた第二減光部とを備えている。第二減光部１５ｂは第一減光部１５ａよりも光の減少量が少なくなるように形成されている。これにより、配光パターン３０の内側から外側に向かって段階的に光の強度が弱まるので、ユーザにとってより自然な見え方の配光パターン３０を形成することができる。

また減光部１５の形状は図４の（ｂ）に示した枠状に限られない。投影面１１の最外周に位置する少なくとも一部の反射素子１２から投影レンズ６に向かう光を遮るように、減光部１５が形成されていればよい。例えば、図５の（ａ）や（ｂ）に示したように、灯具を正面から見たときの投影面１１の左右両端に位置する反射素子１２から投影レンズ６に向かう光を減少させるように、減光部１５を形成してもよい。

図５の（ａ）において減光部１５は、投影面１１の左右端部近傍に半透光性のインクで印刷された複数の斑点で構成されている。これらの斑点の各々は、端部側で大きく、中央に向かうにつれて小さくなるように形成されている。これにより、投影面１１の外周側に配置された反射素子１２からの光は減光部１５で大きく遮られ、中央寄りに配置された反射素子１２からの光は徐々に遮られる度合いが低下する。これにより、中央から外側に向かって徐々に暗くなり、明暗境界線Ｄが目立たない自然な見え方の配光パターン３０を形成することができる。

また図５の（ｂ）に示すように、投影面１１の端部から中央側に向かって突き出す三角形状に半透光性のインクを印刷してもよい。この例によっても図５の（ａ）に示した減光部１５と同様の効果を得ることができる。

減光部１５は透明カバー１３の上に設けなくても良い。反射素子１２から投影レンズ６に向かう光の経路上に、透明カバー１３とは別の部材によって、減光部１５を構成してもよい。例えば半透明板や拡散プリズムなどを反射素子１２から投影レンズ６に向かう光の経路上に設置し、減光部１５としてもよい。

図６の（ａ）は、投影面１１に形成する別の例の照射パターン４１，４２を示す。また、図６の（ｂ）は、（ａ）に示す照射パターン４１，４２によって形成される配光パターン（ハイビーム配光パターン）５０を示す。

図６（ａ）に示す例では、投影面１１を有効に活用できるように、ＬＥＤ４から投影面１１へ入射する光の範囲Ｃが投影面１１の略全面を覆うようにされている。また、投影面１１が上下２つの投影領域１１ａ，１１ｂに分割されている。そして上部の投影領域１１ａで配光パターン５０の右側を形成する照射パターン４１を形成し、下部の投影領域１１ｂで配光パターン５０の左側を形成する照射パターン４２を形成している。投影レンズ６は、照射パターン４１，４２が左右方向に連続するように前方へ投影する。これにより、図６の（ｂ）に示すような左右方向に長い配光パターン５０が形成される。このとき、照射パターン４１，４２の端部４１ａ，４２ａは互いに重ね合わせて投影されている。

ここで、減光部を設けなかった場合には、照射パターンの端部を重ね合わせて配光パターンを形成すると、明暗境界線が目立ってしまう。つまり、それぞれの照射パターン４１，４２が照射する光の強さを１００としたとき、照射パターン４１，４２が重ね合わされた配光パターンの中央の領域５２では照度２００、その左右外側の領域５１では照射パターンが重ならないので照度１００となる。これにより、照度２００の領域５２と照度１００の領域との境界５１で形成される明暗境界線Ｄが目立ってしまう。

しかし、本実施形態に係る車両用前照灯１によれば、照射パターン４１，４２を重ね合わせて配光パターン５０を形成する場合でも、照射パターン４１，４２の端部４１ａ，４２ａにおける照度が減光部１５によって低減されている。このため、重ね合わされた領域５２は、重ね合わされない領域５１の倍の明るさにはならない。これにより、明暗境界線Ｄを目立たなくすることができる。

より好ましくは、明るい領域から暗い領域に向けて明るさが線形的に変化するように、減光部１５の減光量を設定する。これにより、配光パターン５０の中央の領域５２では照度５０の光が重ねあわされて照度１００となり、その左右外側の領域５１でも照度１００となる。これにより、明暗境界線Ｄが形成されず、極めて自然な見え方の配光パターンを形成することができる。

上述の実施形態では、二次元画像形成装置としてＤＭＤ１０を使用したが、本発明はこれに限らない、例えば、二次元画像形成装置として液晶装置を使用してもよい。図７は、二次元画像形成装置として液晶装置６０を使用した場合の灯室Ｓ内の部材を示したものである。

灯室Ｓ内には、光軸Ａｘ方向に関して後方から順に、ＬＥＤ４、液晶装置６０、投影レンズ６が配置されている。液晶装置６０の前方側（投影レンズ６側）の面には、ＬＥＤ４からの光を透過可能な投影面６１が形成されている。液晶装置６０の投影面６１に形成された照射パターンは、投影レンズ６によって、照射パターンの上下左右が反転されるとともに拡大されて前方に投影される。

図８は、液晶装置６０を拡大して示したものである。
液晶装置６０の投影面６１には、複数の液晶素子（光学素子）６２がマトリクス状に配列されている。これらの液晶素子６２によって、ＬＥＤ４からの光を透過する投影面６１が形成されている。また、投影面６１には、液晶素子６２を保護するガラスカバー（透明カバー）６３が取り付けられている。液晶素子６２は、ガラスカバー６３と透明電極６４の間にマトリクス状に個別に封入されている。

液晶素子６２は、ＬＥＤ４からの光を透過して投影レンズ６に入射させる透過状態（矢印Ａで示す状態）と、ＬＥＤ４からの光を遮って投影レンズ６に入射させない非透過状態（矢印Ｂで示す状態）とに個別に切り替え可能に構成されている。液晶素子６２毎に透過状態または非透過状態とを切り替えることにより、投影面６１に所望の照射パターンを形成することができる。

ガラスカバー６３には、少なくとも投影面６１の端部に配列された液晶素子６２を覆う位置に、投影面６１の端部に配列された液晶素子６２から投影レンズ６に向かう光を減少させる減光部６５が設けられている。

このように二次元画像形成装置として液晶装置６０を使用した場合においても、減光部６５をガラスカバー６３の周辺部に設けることによって、投影面６１の周辺部に配列されている液晶素子６２から投影レンズ６に向かって入射する光の量を減少させることができる。これにより、投影レンズ６から投影される配光パターンの端部近傍において、外周に近づくにしたがい光の強度が徐々に減衰し、明暗境界線の目立たない、自然な見え方の配光パターンを形成することができる。

なお、上述の説明では本発明を車両用前照灯に適用した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、本発明を車両用標識灯などに適用しても良い。また、光源としてＬＥＤを採用した例を挙げて説明したが、光源として有機ＥＬや、放電バルブなどを採用することもできる。また、形成する配光パターンとしてロービーム配光パターンとハイビーム配光パターンとを挙げて説明したが、本発明はこれらに限らない。

１：車両用前照灯、２：ランプボディ、３：アウターカバー、４：ＬＥＤ（光源）、５：リフレクタ、６：投影レンズ、７：制御部、１０：ＤＭＤ（二次元画像形成装置）、１１，６１：投影面、１２：反射素子（光学素子）、１３：透明カバー、１５、６５：減光部、４０，４１，４２：照射パターン、３０，５０：配光パターン、６０：液晶装置（二次元画像形成装置）、６２：液晶素子（光学素子）、６３：ガラスカバー（透明カバー）

Claims

投影レンズと、
前記投影レンズの後方焦点近傍に位置しマトリクス状に配列されそれぞれ個別に駆動される複数の光学素子によって形成された投影面を有する二次元画像形成装置と、
前記二次元画像形成装置の投影面に光を照射する光源と、
前記光学素子と前記投影レンズの間に設けられ、前記投影面の端部に配列された光学素子から前記投影レンズに向かう光を減少させる減光部と、
を備えることを特徴とする車両用灯具。
前記光学素子と前記投影レンズの間には、透明カバーが設けられ、
前記透明カバーの端部に前記減光部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
前記減光部は、前記投影面の中央側から端部側に配列された前記光学素子にかけて、前記投影レンズに向かう光を徐々に減少させ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。
前記減光部は、前記光学素子から前記投影レンズに向かう光の一部を遮ることで、前記投影レンズに向かう光を減少させていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用灯具。
前記減光部は、前記光学素子から前記投影レンズに向かう光の一部を拡散させることで、前記投影レンズに向かう光を減少させていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用灯具。