(57)【要約】【課題】  違和感を覚えることを抑制し得る車両用灯具を提供する。【解決手段】  前照灯１は、光源５１からの光の位相を変調する位相変調部５３と、位相変調部５３から出射する光を受光するイメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂと、制御部７１と、を備える。イメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂは、結像した光を受光する。制御部７１は、出射する光の位相分布が第１位相分布となるように制御された位相変調部５３から出射してイメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂが受光する光を第１画像として取得し、第２画像を算出し、第２位相分布を算出し、出射する光の位相分布が第２位相分布となるように制御された位相変調部５３から出射してイメージセンサが受光する光を第３画像として取得し、第４画像を算出し、第３位相分布を算出し、第３位相分布にランダムな位相分布を付与した第４位相分布を算出して当該第４位相分布を第１位相分布とする。【選択図】    図２
2020044999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、
前記光源からの光が入射する二次元配列された複数のドットを含み、入射する前記光の位相を前記複数のドットごとに変調する位相変調部と、
前記位相変調部から出射する一部の光を受光するイメージセンサと、
制御部と、
を備え、
前記イメージセンサは、結像した前記一部の光を受光し、
前記制御部は、
前記位相変調部から出射する光の位相分布が第１位相分布となるように前記位相変調部を制御する第１制御処理と、
前記第１制御処理がされた前記位相変調部から出射して前記イメージセンサが受光する前記一部の光を第１画像として取得する第１画像取得処理と、
前記第１画像を目標画像に近づけた第２画像を算出する第２画像算出処理と、
前記第２画像の輝度分布を位相分布に変換した第２位相分布を算出する第２位相分布算出処理と、
前記位相変調部から出射する光の位相分布が前記第２位相分布となるように前記位相変調部を制御する第２制御処理と、
前記第２制御処理がされた前記位相変調部から出射して前記イメージセンサが受光する前記一部の光を第３画像として取得する第３画像取得処理と、
前記第３画像の画素配列を転置させた第４画像を算出する第４画像算出処理と、
前記第４画像の輝度分布を位相分布に変換した第３位相分布を算出する第３位相分布算出処理と、
前記第３位相分布にランダムな位相分布を付与した第４位相分布を算出して当該第４位相分布を前記第１位相分布とする入れ換え処理と、
を含む位相分布生成処理によって前記目標画像に対応する目標位相分布を算出する
ことを特徴とする車両用灯具。
【請求項２】
前記第２画像は、前記第１画像におけるそれぞれの画素と前記目標画像におけるそれぞれの画素とを比較して、前記第１画像におけるそれぞれの画素の輝度のうち対応する前記目標画像における画素の輝度よりも所定値以上大きい画素の輝度が当該輝度よりも小さい輝度に置換された画像とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
【請求項３】
前記一部の光の波長帯域は、前記位相変調部から出射する他の一部の光が含む波長帯域の少なくとも一部である
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。
【請求項４】
前記一部の光を結像するフーリエ変換レンズを更に備える
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用灯具。
【請求項５】
前記制御部は、前記位相変調部を制御して当該位相変調部から出射する前記一部の光を結像させる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用灯具。
【請求項６】
前記位相変調部から出射する他の一部の光の発散角を調整する投影レンズを更に備える
ことを特徴とする請求項５に記載の車両用灯具。
【請求項７】
前記位相変調部から出射する光を前記一部の光と他の一部の光に分離する分光部を更に備える
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用灯具。
【請求項８】
前記分光部は、前記他の一部の光に対する前記一部の光の分離比を変更可能とされ、少なくとも前記第３画像取得処理の際に、前記分離比を大きくする
ことを特徴とする請求項７に記載の車両用灯具。
【請求項９】
前記光源は、前記分離比の変化に応じて出射する前記光の強度を調節する
ことを特徴とする請求項８に記載の車両用灯具。
【請求項１０】
前記光源は複数の発光素子を有し、
前記一部の光と他の一部の光とは別個の前記発光素子から出射し、
前記一部の光は、前記他の一部の光と合波されることなく、前記イメージセンサで受光される
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用灯具。
【請求項１１】
前記一部の光は、前記制御部が前記位相分布生成処理を行わないときに、前記発光素子から非出射とされる
ことを特徴とする請求項１０に記載の車両用灯具。
【請求項１２】
前記光源は複数の発光素子を有し、
前記位相変調部は前記複数の発光素子ごとに設けられる複数の位相変調素子を有し、
少なくとも２つの前記発光素子は、互いに波長帯域の異なる光を出射する
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の車両用灯具。
【請求項１３】
前記イメージセンサは、互いに波長帯域の異なる光を出射する前記少なくとも２つの発光素子にそれぞれ対応する少なくとも２つの前記位相変調素子ごとに設けられ、
前記目標画像は、前記少なくとも２つの発光素子ごとに設けられ、
前記制御部は、前記少なくとも２つの発光素子ごとに前記位相分布生成処理によって前記目標位相分布を算出する
ことを特徴とする請求項１２に記載の車両用灯具。
【請求項１４】
前記光源は複数の発光素子を有し、
前記位相変調部は少なくとも１つの位相変調素子を有し、
少なくとも２つの前記発光素子は、互いに波長帯域の異なる光を出射し、
互いに波長帯域の異なる前記光を出射する前記少なくとも２つの発光素子は、当該発光素子ごとに交互に前記光を出射し、
前記少なくとも２つの発光素子から出射する複数の前記光は、共通の位相変調素子に入射し、
前記少なくとも２つの発光素子からの前記光が入射する前記位相変調素子は、入射する前記光の波長帯域に応じて当該光の位相を前記複数のドットごとに変調する
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の車両用灯具。
【請求項１５】
前記イメージセンサは、前記少なくとも２つの発光素子からの前記光が入射する前記位相変調素子に対して設けられ、
前記目標画像は、前記少なくとも２つの発光素子ごとに設けられ、
前記制御部は、前記少なくとも２つの発光素子ごとに前記位相分布生成処理によって前記目標位相分布を算出する
ことを特徴とする請求項１４に記載の車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相変調素子を有する車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用灯具として、自動車用ヘッドライトに代表される車両用前照灯や、路面等に画像を描画する描画装置等が知られている。ところで、車両用灯具における投影する画像を所望の画像とするために様々な構成が検討されている。
【０００３】
下記特許文献１には、入射光の位相を変調して当該入射光を回折して出射する位相変調素子の一種である空間変調素子を用いて画像を投影するニアアイ装置が開示されており、例えば、このような空間変調素子を車両用灯具に用いることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１６−５１９７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の空間変調素子によって投影される画像は、この空間変調素子から出射する光の位相分布に対応する画像となる。このため、所望の画像が投影されるような位相分布を求め、空間変調素子から出射する光に当該位相分布が生じるように空間変調素子を制御する必要がある。上記特許文献１のニアアイ装置では、反復フーリエ変換法を用いてこの位相分布を演算している。しかし、反復フーリエ変換法では、演算結果が収束するまでにフーリエ変換と逆フーリエ変換との演算を何回も反復するため、演算時間が長くなる傾向がある。このため、所望の画像を投影するまでの時間が長くなるという懸念がある。
【０００６】
そこで、本発明は、所望の画像を投影するまでの時間を短縮し得る車両用灯具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的の達成のため、本発明の車両用灯具は、光を出射する光源と、前記光源からの光が入射する二次元配列された複数のドットを含み、入射する前記光の位相を前記複数のドットごとに変調する位相変調部と、前記位相変調部から出射する一部の光を受光するイメージセンサと、制御部と、を備え、前記イメージセンサは、結像した前記一部の光を受光し、前記制御部は、前記位相変調部から出射する光の位相分布が第１位相分布となるように前記位相変調部を制御する第１制御処理と、前記第１制御処理がされた前記位相変調部から出射して前記イメージセンサが受光する前記一部の光を第１画像として取得する第１画像取得処理と、前記第１画像を目標画像に近づけた第２画像を算出する第２画像算出処理と、前記第２画像の輝度分布を位相分布に変換した第２位相分布を算出する第２位相分布算出処理と、前記位相変調部から出射する光の位相分布が前記第２位相分布となるように前記位相変調部を制御する第２制御処理と、前記第２制御処理がされた前記位相変調部から出射して前記イメージセンサが受光する前記一部の光を第３画像として取得する第３画像取得処理と、前記第３画像の画素配列を転置させた第４画像を算出する第４画像算出処理と、前記第４画像の輝度分布を位相分布に変換した第３位相分布を算出する第３位相分布算出処理と、前記第３位相分布にランダムな位相分布を付与した第４位相分布を算出して当該第４位相分布を前記第１位相分布とする入れ換え処理と、を含む位相分布生成処理によって前記目標画像に対応する目標位相分布を算出することを特徴とする。
【０００８】
このような車両用灯具では、上記のように、位相変調部は、光源からの光の位相を複数のドット毎に変調するため、位相分布が変調された光が位相変調部から出射される。位相の異なる光は互いに干渉しあって回折されるため、位相変調部から出射する光は、当該光の位相分布に応じて回折する。このため、制御部によって位相変調部を制御して位相変調部から出射する光の位相分布を調節することで、位相変調部から出射する光の回折を制御することができ、位相変調部から出射する光を所望の画像を投影する光とすることができる。このため、この車両用灯具では、制御部は、位相変調部から出射し目標画像を投影する光の位相分布である目標位相分布を算出する。
【０００９】
具体的には、制御部は、上記のように、第１制御処理と、第１画像取得処理と、第２画像算出処理と、第２位相分布算出処理と、第２制御処理と、第３画像取得処理と、第４画像算出処理と、第３位相分布算出処理と、入れ換え処理と、を含む位相分布生成処理によって、光の位相分布の反復フーリエ変換を行い、目標画像に対応する目標位相分布を算出する。
【００１０】
第１画像取得処理では、制御部は、第１制御処理によって位相変調部から出射する光の位相分布が第１位相分布となるように制御された位相変調部から出射してイメージセンサが受光する光を第１画像として取得する。上記のように、イメージセンサは結像した光を受光するため、第１画像は位相変調部から出射した光が結像した画像となる。ここで、光を結像することによって得られる画像は、当該光の位相分布をフーリエ変換した画像となることが知られている。このため、この第１画像は、概ね第１位相分布をフーリエ変換した画像である。従って、この車両用灯具では、光を結像することによって生じるフーリエ変換作用を用いることで、第１位相分布のフーリエ変換の演算を省略している。
【００１１】
制御部は、第２画像算出処理において、第１画像取得処理によって取得した第１画像を目標画像に近づけた第２画像を算出し、第２位相分布算出処理において、この第２画の輝度分布を位相分布に変換した第２位相分布を算出する。なお、この輝度分布の位相分布への変換は、第２画像の輝度分布の各輝度を所定の係数で位相に比例変換し、この各位相を２πで除算した際の剰余を算出し、算出された剰余を対応する輝度と置換する演算とされる。
【００１２】
第３画像取得処理では、制御部は、第２制御処理によって位相変調部から出射する光の位相分布が第２位相分布となるように制御された位相変調部から出射してイメージセンサが受光する光を第３画像として取得する。そして、第４画像算出処理では、この第３画像の画素配列を転置させた第４画像を算出する。ここで、光を結像することによって得られる画像を転置させた画像は、当該光の位相分布を逆フーリエ変換した画像となることが知られている。このため、この第４画像は、概ね第２位相分布を逆フーリエ変換した画像である。従って、この車両用灯具では、光を結像することによって生じるフーリエ変換作用を用いることで、第２位相分布の逆フーリエ変換の演算の一部を省略している。
【００１３】
制御部は、第３位相分布算出処理において、この第４画像の輝度分布を位相分布に変換した第３位相分布を算出し、入れ換え処理において、この第３位相分布にランダムな位相分布を付与した第４位相分布を算出して当該第４位相分布を第１位相分布とする。制御部が上記の各処理を繰り返すことで、第２画像は輝度も含めて目標画像に近づき、このような第２画像を投影する光の位相分布が算出される。なお、この輝度分布の位相分布への変換は、上記第２位相分布算出処理と同様に、第４画像の輝度分布の各輝度を所定の係数で位相に比例変換し、この各位相を２πで除算した際の剰余を算出し、算出された剰余を対応する輝度と置換する演算とされる。
【００１４】
このように、この車両用灯具では、光を結像することによって生じるフーリエ変換作用を用いて、光の位相分布の反復フーリエ変換におけるフーリエ変換の演算と逆フーリエ変換の演算の一部を省略している。このため、この車両用灯具は、反復フーリエ変換におけるフーリエ変換と逆フーリエ変換とを演算によって行う場合と比べて、目標位相分布を算出する際の演算量を少なくして演算時間を短縮し得る。従って、この車両用灯具は、所望の画像を投影するまでの時間を短縮し得る。
【００１５】
前記第２画像は、前記第１画像におけるそれぞれの画素と前記目標画像におけるそれぞれの画素とを比較して、前記第１画像におけるそれぞれの画素の輝度のうち対応する前記目標画像における画素の輝度よりも所定値以上大きい画素の輝度が当該輝度よりも小さい輝度に置換された画像とされることとされても良い。
【００１６】
前記一部の光の波長帯域は、前記位相変調部から出射する他の一部の光が含む波長帯域の少なくとも一部であることとしても良い。
【００１７】
前記車両用灯具は、前記一部の光を結像するフーリエ変換レンズを更に備えることとしても良い。
【００１８】
このような構成にすることで、位相変調部から出射する一部の光を安定して結像させることができる。
【００１９】
或いは、前記制御部は、前記位相変調部を制御して当該位相変調部から出射する前記一部の光を結像させることとしても良い。
【００２０】
このような構成にすることで、フーリエ変換レンズ等を備えなくても位相変調部から出射する一部の光を結像させることができ、車両用灯具を簡易な構成とし得る。
【００２１】
この場合、前記車両用灯具は、前記位相変調部から出射する他の一部の光の発散角を調整する投影レンズを更に備えることとしても良い。
【００２２】
位相変調部から出射する他の一部の光は、結像した後発散するように伝搬する。この車両用灯具は、投影レンズによってこの光の発散角を調整するため、発散角が調節された光を車両の外部に出射することができる。従って、投影レンズを備えない場合と比べて、投影する画像の大きさを所望の大きさにし易い。
【００２３】
前記位相変調部から出射する光を前記一部の光と他の一部の光に分離する分光部を更に備えることとしても良い。
【００２４】
このような構成にすることで、出射する光がイメージセンサにのみ入射する発光素子を光源が有していなくても位相変調部から出射する一部の光をイメージセンサに受光させることができ、車両用灯具を簡易な構成とし得る。
【００２５】
この場合、前記分光部は、前記他の一部の光に対する前記一部の光の分離比を変更可能とされ、少なくとも前記第３画像取得処理の際に、前記分離比を大きくすることとしても良い。
【００２６】
位相変調部から出射する光の位相分布が第２位相分布となるように制御される位相変調部から出射する光が結像した画像は、目標画像と大きく異なる。このため、位相変調部がこのように制御されるときには、目標画像と大きく異なる画像が車両の外部に投影されることになる。この車両用灯具では、分光部は、このようなときに、他の一部の光に対する一部の光の分離比を大きくする。このため、車両の外部に出射される光の強度が低下され、目標画像と大きく異なる画像が目立ちにくくなり、運転者や車外の人間等が違和感を覚えることを抑制し得る。
【００２７】
この場合、前記光源は、前記分離比の変化に応じて出射する前記光の強度を調節することとしても良い。
【００２８】
上記のように分離比を大きくすることで、イメージセンサで受光される光の強度が増加される。この車両用灯具では、上記のように、分離比の変化に応じて出射する光の強度を調節する。このため、車両用灯具は、分離比の変化に応じてイメージセンサで受光される光の強度が増加することを抑制でき、イメージセンサに不具合が生じることを抑制し得る。
【００２９】
前記光源は複数の発光素子を有し、前記一部の光と他の一部の光とは別個の前記発光素子から出射し、前記一部の光は、前記他の一部の光と合波されることなく、前記イメージセンサで受光されることとしても良い。
【００３０】
このような構成にすることで、イメージセンサで受光される光の強度と車両の外部に照射される光の強度とを個別に調節することができる。このため、例えば、イメージセンサの性能に応じた強度の光をイメージセンサに受光させたり、所望の強度の光を車両の外部に照射したりすることが容易となる。
【００３１】
この場合、前記一部の光は、前記制御部が前記位相分布生成処理を行わないときに、前記発光素子から非出射とされることとしても良い。
【００３２】
このような構成にすることで、光源が一部の光を常時出射する場合と比べて、光源における消費電力量を低減することができる。
【００３３】
前記光源は複数の発光素子を有し、前記位相変調部は前記複数の発光素子ごとに設けられる複数の位相変調素子を有し、少なくとも２つの前記発光素子は、互いに波長帯域の異なる光を出射することとしても良い。
【００３４】
この車両用灯具では、少なくとも２つの発光素子から互いに波長帯域の異なる光が出射し、これら光の位相分布が変調された光がこれら発光素子に対応する位相変調素子から出射する。つまり、少なくとも２つの位相変調素子から互いに波長帯域の異なる光が出射する。このため、この車両用灯具では、所望の色の画像を投影し得る。
【００３５】
この場合、前記イメージセンサは、互いに波長帯域の異なる光を出射する前記少なくとも２つの発光素子にそれぞれ対応する少なくとも２つの前記位相変調素子ごとに設けられ、前記目標画像は、前記少なくとも２つの発光素子ごとに設けられ、前記制御部は、前記少なくとも２つの発光素子ごとに前記位相分布生成処理によって前記目標位相分布を算出することとしても良い。
【００３６】
この車両用灯具では、互いに波長帯域の異なる光を出射する少なくとも２つの位相変調素子のそれぞれに対して位相分布生成処理によって目標位相分布が算出される。このため、制御部は、互いに波長帯域の異なる光を出射する少なくとも２つの位相変調素子をそれぞれの目標位相分布に基づいて制御することができる。このため、この車両用灯具は、投影される画像に色のにじみが生じることを抑制し得る。また、この車両用灯具は、複数の色から構成される画像を投影し得る。
【００３７】
前記光源は複数の発光素子を有し、前記位相変調部は少なくとも１つの位相変調素子を有し、少なくとも２つの前記発光素子は、互いに波長帯域の異なる光を出射し、互いに波長帯域の異なる前記光を出射する前記少なくとも２つの発光素子は、当該発光素子ごとに交互に前記光を出射し、前記少なくとも２つの発光素子から出射する複数の前記光は、共通の位相変調素子に入射し、前記少なくとも２つの発光素子からの前記光が入射する前記位相変調素子は、入射する前記光の波長帯域に応じて当該光の位相を前記複数のドットごとに変調することとしても良い。
【００３８】
この車両用灯具では、少なくとも２つの発光素子からの光が入射する位相変調素子から順次波長帯域の異なる光が出射する。ところで、人の視覚の時間分解能よりも短い周期で波長帯域の異なる光つまり色の異なる光が繰り返し照射される場合、人は残像現象によってこの異なる色の光が合成された光が照射されていると認識し得る。このため、人の視覚の時間分解能よりも短い周期でこの位相変調素子から波長帯域の異なる光が出射される場合には、この位相変調素子から出射する光を人の視覚的に合成させることができる。従って、この車両用灯具は、この位相変調素子から出射する光によって所望の色の画像を投影し得る。また、この車両用灯具では、少なくとも２つの発光素子から出射する光の位相分布を変調する位相変調素子を共通の位相変調素子とすることができるため、部品点数を減少し得る。
【００３９】
この場合、前記イメージセンサは、前記少なくとも２つの発光素子からの前記光が入射する前記位相変調素子に対して設けられ、前記目標画像は、前記少なくとも２つの発光素子ごとに設けられ、前記制御部は、前記少なくとも２つの発光素子ごとに前記位相分布生成処理によって前記目標位相分布を算出することとしても良い。
【００４０】
この車両用灯具では、波長帯域の異なる光を出射する少なくとも２つの発光素子ごとに目標位相分布が算出される。このため、制御部は、少なくとも２つの発光素子から出射する光が入射する共通の位相変調素子と、当該位相変調素子に入射する光の波長帯域に応じて制御することができる。このため、この車両用灯具は、投影される画像に色のにじみが生じることを抑制し得る。また、この車両用灯具は、複数の色から構成される画像を投影し得る。
【発明の効果】
【００４１】
以上のように本発明によれば、所望の画像を投影するまでの時間を短縮し得る車両用灯具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態における車両用灯具を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す光学系ユニットの拡大図である。
【図３】図２に示す位相変調素子の正面図である。
【図４】図３に示す位相変調素子の一部の厚さ方向の断面を概略的に示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態における車両用灯具の一部と灯具制御システムとを含むブロック図である。
【図６】本発明の第１実施形態における車両用灯具から出射する光によって投影する画像の例を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態における制御部の制御フローチャートを示す図である。
【図８】位相分布生成処理における制御部の制御フローチャートを示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態における車両用灯具を図１と同様に示す図である。
【図１０】図９に示す光学系ユニットの拡大図である。
【図１１】本発明の第３実施形態における光学系ユニットを図２と同様に示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態における光学系ユニットを図２と同様に示す図である。
【図１３】本発明の第５実施形態における光学系ユニットを図２と同様に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明に係る車両用灯具を実施するための形態が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。
【００４４】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態における車両用灯具を示す図であり、車両用灯具の鉛直方向の断面を概略的に示す図である。本実施形態の車両用灯具は自動車用の前照灯１とされる。自動車用の前照灯は、一般的に車両の前方の左右方向のそれぞれに備えられるものであり、左右の前照灯は左右方向に概ね対称の構成とされる。従って、本実施形態では、一方の前照灯について説明する。図１に示すように、本実施形態の前照灯１は、筐体１０と、灯具ユニット２０とを主な構成として備える。
【００４５】
筐体１０は、ランプハウジング１１、フロントカバー１２及びバックカバー１３を主な構成として備える。ランプハウジング１１の前方は開口しており、当該開口を塞ぐようにフロントカバー１２がランプハウジング１１に固定されている。また、ランプハウジング１１の後方には前方よりも小さな開口が形成されており、当該開口を塞ぐようにバックカバー１３がランプハウジング１１に固定されている。
【００４６】
ランプハウジング１１と、当該ランプハウジング１１の前方の開口を塞ぐフロントカバー１２と、当該ランプハウジング１１の後方の開口を塞ぐバックカバー１３とによって形成される空間は灯室Ｒであり、この灯室Ｒ内に灯具ユニット２０が収容されている。
【００４７】
本実施形態の灯具ユニット２０は、ヒートシンク３０と、冷却ファン４０と、カバー５９と、光学系ユニット５０とを主な構成として備え、不図示の構成により筐体１０に固定されている。
【００４８】
ヒートシンク３０は、概ね水平方向に延在する金属製のベース板３１を有し、当該ベース板３１の下方の面側には複数の放熱フィン３２がベース板３１と一体に設けられている。冷却ファン４０は放熱フィン３２と隙間を隔てて配置され、ヒートシンク３０に固定されている。この冷却ファン４０の回転による気流によりヒートシンク３０は冷却される。また、ヒートシンク３０におけるベース板３１の上面にはカバー５９が配置されている。
【００４９】
カバー５９は、ヒートシンク３０のベース板３１上に固定されている。カバー５９は概ね矩形の形状をしており、例えばアルミニウム等の金属から成る。カバー５９の内側の空間には、光学系ユニット５０が収容されている。カバー５９の前部には光学系ユニット５０から出射する光が透過可能な開口５９Ｈが形成されている。なお、カバー５９の内壁に光吸収性を持たせるために、これらの内壁に黒アルマイト加工等が施されることが好ましい。カバー５９の内壁が光吸収性を持つことで、意図しない反射や屈折等によりこれらの内壁に光が照射された場合であっても、照射光が反射して開口５９Ｈから意図しない方向に出射することが抑制され得る。
【００５０】
図２は、図１に示す光学系ユニットの拡大図である。なお、図２では、理解を容易にするために、ヒートシンク３０、カバー５９等の記載が省略されている。図２に示すように、本実施形態の光学系ユニット５０は、光源５１と、位相変調部５３と、第１受光光学系５４Ｒと、第２受光光学系５４Ｇと、第３受光光学系５４Ｂと、合成光学系５５とを備える。
【００５１】
本実施形態の光源５１は、所定の波長帯域の光を出射する。すなわち、光源５１は複数の波長の光を出射する。具体的には、光源５１は、３つの発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂと、３つのコリメートレンズ５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂとを有する。３つの発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂは、互いに異なる所定の波長帯域のレーザ光を出射するレーザ素子とされる。本実施形態では、発光素子５１Ｒはパワーのピーク波長が例えば６３８ｎｍの赤色のレーザ光を出射し、発光素子５１Ｇはパワーのピーク波長が例えば５１５ｎｍの緑色のレーザ光を出射し、発光素子５１Ｂはパワーのピーク波長が例えば４４５ｎｍの青色のレーザ光を出射する。このため、これら発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂは、互いに波長帯域の異なる光を出射する。なお、光学系ユニット５０は、不図示の回路基板を有しており、これら発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂは当該回路基板に実装されている。
【００５２】
コリメートレンズ５２Ｒは、発光素子５１Ｒから出射するレーザ光のファスト軸方向、スロー軸方向をコリメートするレンズである。コリメートレンズ５２Ｇは、発光素子５１Ｇから出射するレーザ光のファスト軸方向、スロー軸方向をコリメートするレンズであり、コリメートレンズ５２Ｂは、発光素子５１Ｂから出射するレーザ光のファスト軸方向、スロー軸方向をコリメートするレンズである。これらコリメートレンズ５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂに替わって、レーザ光のファスト軸方向をコリメートするコリメートレンズとスロー軸方向をコリメートするコリメートレンズとがそれぞれ個別に設けられていても良い。
【００５３】
本実施形態の位相変調部５３は、３つの位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂを有する。位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂのそれぞれは、二次元配列された複数のドットを含み、入射する光の位相をこの複数のドットごとに変調するようにされており、位相分布が変調された光がそれぞれの位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射される。位相の異なる光は互いに干渉しあって回折されるため、それぞれの位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光は、当該光の位相分布に応じて回折する。このため、それぞれの位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂは、入射する光を回折して出射するとも理解できる。本実施形態のこれら位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂは、入射する光を反射しつつ光の位相分布を変調する反射型の位相変調素子とされ、例えば、反射型の液晶パネルであるＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）とされる。
【００５４】
位相変調素子５３Ｒは発光素子５１Ｒに対応し、位相変調素子５３Ｇは発光素子５１Ｇに対応し、位相変調素子５３Ｂは発光素子５１Ｂに対応している。つまり、これら位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂは光源５１の発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂごとに設けられている。位相変調素子５３Ｒには発光素子５１Ｒから出射しコリメートレンズ５２Ｒでコリメートされた赤色のレーザ光が入射し、この位相変調素子５３Ｒは、この赤色のレーザ光の位相分布を変調した第１の光ＤＬＲを出射する。位相変調素子５３Ｇには発光素子５１Ｇから出射しコリメートレンズ５２Ｇでコリメートされた緑色のレーザ光が入射し、この位相変調素子５３Ｇは、この緑色のレーザ光の位相分布を変調した第２の光ＤＬＧを出射する。位相変調素子５３Ｂには発光素子５１Ｂから出射しコリメートレンズ５２Ｂでコリメートされた青色のレーザ光が入射し、この位相変調素子５３Ｂは、この青色のレーザ光の位相分布を変調した第３の光ＤＬＢを出射する。このため、位相変調部５３から出射するこれら光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの波長帯域は、光源５１から出射する光の波長帯域と同じである。
【００５５】
第１受光光学系５４Ｒは、位相変調素子５３Ｒに対して設けられ、分光部８０Ｒと、フーリエ変換レンズ８１Ｒと、イメージセンサ８２Ｒとを備える。分光部８０Ｒは、位相変調素子５３Ｒから出射する第１の光ＤＬＲを一部の光と他の一部の光に分離する。分光部８０Ｒで分離された一部の光がフーリエ変換レンズ８１Ｒに入射し、他の一部の光が第１受光光学系５４Ｒから出射する。このため、第１受光光学系５４Ｒから出射する光は、位相変調素子５３Ｒから出射する第１の光ＤＬＲの一部であり、以下では、この光についても第１の光ＤＬＲと表す。分光部８０Ｒとして、例えばプリズム型ビームスプリッタ、平面型ビームスプリッタ、ウェッジ基板等が挙げられる。本実施形態の分光部８０Ｒにおける光の分離比は、一定とされている。
【００５６】
フーリエ変換レンズ８１Ｒは、分光部８０Ｒで分離された一部の光を結像するレンズである。本実施形態のフーリエ変換レンズ８１Ｒは、入射面及び出射面が凸状に形成されたレンズとされる。
【００５７】
イメージセンサ８２Ｒは、受光面で受光した光を電気信号に変換して出力する光学素子であり、光を受光する複数の受光部を有し、受光面に入射する光を二次元画像として出力する。イメージセンサ８２Ｒは、受光面がフーリエ変換レンズ８１Ｒの焦点または焦点近傍に位置するように配置され、フーリエ変換レンズ８１Ｒによって結像される光を受光する。イメージセンサ８２Ｒとして、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等が挙げられる。
【００５８】
第２受光光学系５４Ｇは、位相変調素子５３Ｇに対して設けられ、分光部８０Ｇと、フーリエ変換レンズ８１Ｇと、イメージセンサ８２Ｇとを備える。第３受光光学系５４Ｂは、位相変調素子５３Ｂに対して設けられ、分光部８０Ｂと、フーリエ変換レンズ８１Ｂと、イメージセンサ８２Ｂとを備える。分光部８０Ｇは、位相変調素子５３Ｇから出射する第２の光ＤＬＧを一部の光と他の一部の光に分離し、分光部８０Ｂは、位相変調素子５３Ｂから出射する第３の光ＤＬＢを一部の光と他の一部の光に分離する。分光部８０Ｇ，８０Ｂとして、例えば、上記の分光部８０Ｒと同様に、プリズム型ビームスプリッタ、平面型ビームスプリッタ、ウェッジ基板等が挙げられる。分光部８０Ｇで分離された一部の光がフーリエ変換レンズ８１Ｇに入射し、他の一部の光が第２受光光学系５４Ｇから出射する。また、分光部８０Ｂで分離された一部の光がフーリエ変換レンズ８１Ｂに入射し、他の一部の光が第３受光光学系５４Ｂから出射する。このため、第２受光光学系５４Ｇから出射する光は、位相変調素子５３Ｇから出射する第２の光ＤＬＧの一部であり、第３受光光学系５４Ｂから出射する光は、位相変調素子５３Ｂから出射する第３の光ＤＬＢの一部である。以下では、第２受光光学系５４Ｇから出射する光も第２の光ＤＬＧと表し、第３受光光学系５４Ｂから出射する光も第３の光ＤＬＢと表す。本実施形態のこれら分光部８０Ｇ，８０Ｂにおける光の分離比は、一定とされている。
【００５９】
フーリエ変換レンズ８１Ｇは、分光部８０Ｇで分離された一部の光を結像するレンズであり、フーリエ変換レンズ８１Ｂは、分光部８０Ｂで分離された一部の光を結像するレンズである。本実施形態のこれらフーリエ変換レンズ８１Ｇ，８１Ｂは、入射面及び出射面が凸状に形成されたレンズとされる。
【００６０】
イメージセンサ８２Ｇ，８２Ｂは、イメージセンサ８２Ｒと同様に、受光面で受光した光を電気信号に変換して出力する光学素子である。これらイメージセンサ８２Ｇ，８２Ｂは、光を受光する複数の受光部を有し、受光面に入射する光を二次元画像として出力する。イメージセンサ８２Ｇは、受光面がフーリエ変換レンズ８１Ｇの焦点または焦点近傍に位置するように配置され、フーリエ変換レンズ８１Ｇによって結像される光を受光する。イメージセンサ８２Ｂは、受光面がフーリエ変換レンズ８１Ｂの焦点または焦点近傍に位置するように配置され、フーリエ変換レンズ８１Ｂによって結像される光を受光する。イメージセンサ８２Ｇ，８２Ｂとして、例えば、上記のイメージセンサ８２Ｒと同様に、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等が挙げられる。
【００６１】
合成光学系５５は、第１光学素子５５ｆと第２光学素子５５ｓとを有する。第１光学素子５５ｆは、第１受光光学系５４Ｒから出射する第１の光ＤＬＲと、第２受光光学系５４Ｇから出射する第２の光ＤＬＧとを合成する光学素子である。本実施形態では、第１光学素子５５ｆは、第１の光ＤＬＲを透過すると共に第２の光ＤＬＧを反射することで第１の光ＤＬＲと第２の光ＤＬＧとを合成する。また、第２光学素子５５ｓは、第１光学素子５５ｆで合成された第１の光ＤＬＲ及び第２の光ＤＬＧと、第３受光光学系５４Ｂから出射する第３の光ＤＬＢとを合成する光学素子である。本実施形態では、第２光学素子５５ｓは、第１光学素子５５ｆで合成された第１の光ＤＬＲ及び第２の光ＤＬＧを透過すると共に第３の光ＤＬＢを反射することで第１の光ＤＬＲと第２の光ＤＬＧと第３の光ＤＬＢとを合成する。このような第１光学素子５５ｆ、第２光学素子５５ｓとして、ガラス基板上に酸化膜が積層された波長選択フィルタを挙げることができる。この酸化膜の種類や厚みをコントロールすることで、所定の波長よりも長い波長の光と透過し、この波長よりも短い波長の光を反射する構成とすることができる。
【００６２】
こうして、合成光学系５５において第１の光ＤＬＲと第２の光ＤＬＧと第３の光ＤＬＢとが合成され、この光が合成光学系５５から出射する。なお、図１、図２では、第１の光ＤＬＲは実線で示され、第２の光ＤＬＧは破線で示され、第３の光ＤＬＢは一点鎖線で示され、これら光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢはずらして示されている。
【００６３】
次に、位相変調部５３が有する位相変調素子５３Ｒ、位相変調素子５３Ｇ、及び位相変調素子５３Ｂの構成について詳細に説明する。
【００６４】
本実施形態では、位相変調素子５３Ｒ、位相変調素子５３Ｇ、及び位相変調素子５３Ｂは同様の構成とされる。このため、以下では位相変調素子５３Ｒについて説明し、位相変調素子５３Ｇ及び位相変調素子５３Ｂについてはその説明を適宜省略する。
【００６５】
図３は、図２に示す位相変調素子の正面図である。なお、図３にはコリメートレンズ５２Ｒから出射するレーザ光が入射する領域５１Ａが破線で示されている。位相変調素子５３Ｒは、長方形の外形を有し、当該長方形内に二次元配列された複数の変調部を有しており、それぞれの変調部は、当該変調部に入射する光の位相分布を変調し、この位相分布を変調した光を出射する。それぞれの変調部は、二次元配列された複数のドットを含んでいる。この変調部は、コリメートレンズ５２Ｒから出射するレーザ光が入射する領域５１Ａ内に一つ以上位置するように形成される。また、図３に示すように、位相変調素子５３Ｒには駆動回路６０Ｒが電気的に接続され、この駆動回路６０Ｒは、位相変調素子５３Ｒの横側に接続される走査線駆動回路と、位相変調素子５３Ｒの上下方向の一方側に接続されるデータ線駆動回路とを有する。
【００６６】
図４は、図３に示す位相変調素子の一部の厚さ方向の断面を概略的に示す図である。本実施形態の位相変調素子５３Ｒは、図４に示すように、シリコン基板６２、駆動回路層６３、複数の電極６４、反射膜６５、液晶層６６、透明電極６７、透光性基板６８を主な構成として備える。
【００６７】
複数の電極６４は、シリコン基板６２の一方の面側に上記の変調部の各ドットＤＴに対応して二次元配列されており、ドットＤＴはそれぞれ電極６４を含んでいる。駆動回路層６３は、図３に示す駆動回路６０Ｒの走査線駆動回路及びデータ線駆動回路に接続される回路が配置される層であり、シリコン基板６２と複数の電極６４との間に配置される。透光性基板６８は、シリコン基板６２の一方の側で当該シリコン基板６２と対向するように配置され、例えばガラス基板とされる。透明電極６７は、透光性基板６８のシリコン基板６２側の面上に配置される。液晶層６６は、液晶分子６６ａを有し、複数の電極６４と透明電極６７との間に配置される。反射膜６５は、複数の電極６４と液晶層６６との間に配置され、例えば誘電体多層膜とされる。コリメートレンズ５２Ｒから出射するレーザ光は、透光性基板６８におけるシリコン基板６２側と反対側の面から入射する。
【００６８】
図４に示すように、透光性基板６８におけるシリコン基板６２側と反対側の面から入射する光Ｌは、透明電極６７及び液晶層６６を透過し、反射膜６５で反射され、液晶層６６及び透明電極６７を透過して透光性基板６８から出射される。ここで、特定の電極６４と透明電極６７との間に電圧が印加されると、当該電極６４と透明電極６７との間に位置する液晶層６６の液晶分子６６ａの配向が変化し、当該電極６４と透明電極６７との間に位置する液晶層６６の屈折率が変化する。液晶分子６６ａの配向は、印加される電圧に応じて変化するため、この電圧に応じて屈折率も変化する。液晶層６６の屈折率が変化されることで上記のように当該液晶層６６を透過する光Ｌの光路長が変化するため、当該液晶層６６を透過して位相変調素子５３Ｒから出射する光の位相を変化させることができる。上記のように、複数の電極６４は、変調部の各ドットＤＴに対応して配置されているため、各ドットＤＴに対応する電極６４と透明電極６７との間に印加される電圧が制御されることで、各ドットＤＴから出射する光の位相がそれぞれ変調される。位相変調素子５３Ｒは、このように各ドットＤＴにおける液晶層６６の屈折率を調整することで、ドットＤＴから出射する光の位相がそれぞれ変調し、位相分布が変調された光を出射する。上記のように、位相の異なる光は互いに干渉しあって回折されるため、位相変調素子５３Ｒから出射する光は、当該光の位相分布に応じて回折する。このため、位相変調素子５３Ｒは、各ドットＤＴにおける液晶層６６の屈折率を調整して出射する光の位相分布を制御することで、光の配光パターンを所望の配光パターンにしたり、この光が照射される領域を変化させたりできる。
【００６９】
本実施形態では、位相変調素子５３Ｒは、当該位相変調素子５３Ｒにおけるそれぞれの変調部から出射する光の位相分布が同じ位相分布となるように、各ドットＤＴにおける光の位相を変調する。また、位相変調素子５３Ｇは、当該位相変調素子５３Ｇにおけるそれぞれの変調部から出射する光の位相分布が同じ位相分布となるように、各ドットＤＴにおける光の位相を変調する。また、位相変調素子５３Ｂは、当該位相変調素子５３Ｂにおけるそれぞれの変調部から出射する光の位相分布が同じ位相分布となるように、各ドットＤＴにおける光の位相を変調する。そして、変調部から出射する光の位相分布が所望の配光パターンの光の位相分布となるように各ドットＤＴにおける光の位相を変調することで、変調部から出射する光の配光パターンを所望の配光パターンにし得る。
【００７０】
図５は、本実施形態における車両用灯具の一部と灯具制御システムとを含むブロック図である。図５に示すように、本実施形態の灯具制御システム７０では、駆動回路６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ、電源回路６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ、目標画像生成部７３、ライトスイッチ７４、記憶部７５、イメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂ等が制御部７１に電気的に接続され、目標画像生成部７３には検知装置７２が電気的に接続されている。この制御部７１は、灯具ユニット２０に備えられても良く、車両の電子制御装置の一部とされても良い。
【００７１】
駆動回路６０Ｇは位相変調素子５３Ｇに電気的に接続され、駆動回路６０Ｂは位相変調素子５３Ｂに電気的に接続される。駆動回路６０Ｇ，６０Ｂは、駆動回路６０Ｒと同様に、位相変調素子５３Ｇ，５３Ｂの横側に接続される走査線駆動回路と、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｂの上下方向の一方側に接続されるデータ線駆動回路とを有する。駆動回路６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂは、制御部７１から入力する信号に基づいて、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂの各ドットＤＴに印加する電圧をそれぞれ調整する。位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂは、駆動回路６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂによって印加される電圧に応じて各ドットＤＴにおける液晶層６６の屈折率を調整する。本実施形態では、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂにおけるそれぞれの変調部から出射する光の位相分布が制御部７１の後述する位相分布生成処理によって算出される目標位相分布となるように、各ドットＤＴにおける液晶層６６の屈折率を調整する。
【００７２】
本実施形態では、この目標位相分布は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂごとに算出される。それぞれの目標位相分布は、位相変調素子５３Ｒから出射する一部の光である第１の光ＤＬＲと、位相変調素子５３Ｇから出射する一部の光である第２の光ＤＬＧと、位相変調素子５３Ｂから出射する一部の光である第３の光ＤＬＢとが合成光学系５５で合成された光によって所望の配光パターンが形成される位相分布とされる。この所望の配光パターンには輝度分布も含まれる。このため、本実施形態では、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光の一部である光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが合成された光によって特定の配光パターンを形成する場合、光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢのそれぞれは、この特定の配光パターンと重なると共にこの特定の配光パターンの強度分布に基づいた強度分布とされる。また、光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが合成された光によって形成される配光パターンにおける強度が高い部位では、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光の一部である光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの強度もそれぞれ高くなる。
【００７３】
図１、図２に示すように、位相変調素子５３Ｒから出射する一部の光である第１の光ＤＬＲと、位相変調素子５３Ｇから出射する一部の光である第２の光ＤＬＧと、位相変調素子５３Ｂから出射する一部の光である第３の光ＤＬＢとは、合成光学系５５で合成される。この合成された光は、カバー５９の開口５９Ｈから出射し、フロントカバー１２を介して前照灯１から出射する。この光は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂのそれぞれの目標位相分布に基づいて位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂからそれぞれ出射する光の一部が合成された光であるため、前照灯１から出射する光の配光パターンはこれら目標位相分布に基づく配光パターンとなる。
【００７４】
電源回路６１Ｒは発光素子５１Ｒに電気的に接続され、電源回路６１Ｇは発光素子５１Ｇに電気的に接続され、電源回路６１Ｂは発光素子５１Ｂに電気的に接続される。これら電源回路６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂには不図示の電源が接続されている。電源回路６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂのそれぞれは、制御部７１から入力する信号に基づいて、電源から発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに供給される電力を調整して、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射するレーザ光の強度を調節する。なお、電源回路６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに供給される電力を調整しても良い。この場合、デューティーサイクルを調節することによって、これら発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射するレーザ光の強度が調節される。
【００７５】
検知装置７２は、車両前方に位置する所定の対象物を検知する。検知装置７２が検知する対象物として、例えば、先行車や対向車等の車両、歩行者、標識等が挙げられる。また、検知装置７２の構成として、例えば、図示せぬカメラ、画像処理部、検知部等を備える構成が挙げられる。カメラは車両前方を撮影し、このカメラによって撮影される画像には、前照灯１から出射する光が照射される領域の少なくとも一部が含まれる。画像処理部は、カメラによって撮影された画像に画像処理を施す。検知部は、画像処理部によって画像処理された情報から対象物の存在及び対象物の存在位置を検知する。検知装置７２は、車両前方に位置する所定の対象物を検知した場合に、対象物の存在及び対象物の存在位置の情報を目標画像生成部７３に送る。この対象物の存在位置は、例えば、車両から所定の距離離れた鉛直面上における前照灯１から出射する光の配光パターンに対する対象物の相対的な位置とされ、この鉛直面上における対象物が位置している領域も含まれる。なお、検知装置７２が検知する対象物、対象物の種類の数、及び検知装置７２の構成は特に限定されるものではない。例えば、検知装置７２は、カメラに替わって、例えばミリ波レーダ、赤外線レーダなどを用いて対象物と非接触で当該対象物の存在及び存在位置を検知するものとされも良く、カメラとミリ波レーダや赤外線レーダとを組み合わせて対象物と非接触で当該対象物の存在及び存在位置を検知するものとされても良い。
【００７６】
目標画像生成部７３は、検知装置７２によって検知された対象物の存在位置の情報に基づいて、前照灯１から出射される光によって投影される画像を算出し、当該画像に関する情報を制御部７１に出力する。本実施形態では、目標画像生成部７３は、検知装置７２の図示せぬカメラによって撮影された画像に基づいて前照灯１が投影する目標画像を算出する。そして、この目標画像の赤色成分の画像である第１目標画像、緑色成分の画像である第２目標画像、青色成分の画像である第３目標画像をそれぞれ目標画像の情報として制御部７１に出力する。つまり、目標画像生成部７３は、互いに波長帯域の異なる光を出射する発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂごとに目標画像を設けていると理解できる。本実施形態では、目標画像生成部７３は、ハイビームの配光パターンのうち検知された対象物と重なる領域の少なくとも一部が暗くされた配光パターンの画像を、前照灯１から投影させる目標画像として算出する。
【００７７】
ライトスイッチ７４は、運転者が前照灯１からの光の出射または非出射を指示するスイッチである。例えば、ライトスイッチ７４がオンされる場合、ライトスイッチ７４は前照灯１から画像の投影を指示する信号を出力する。
【００７８】
記憶部７５には、前照灯１が投影する所定の画像に関する情報が格納される。具体的には、本実施形態の所定の画像はハイビームの配光パターンの画像である。そして、このハイビームの配光パターンの画像に対応する所定の光の位相分布が格納される。具体的には、位相変調素子５３Ｒから出射する光の位相分布である第１基準位相分布と、位相変調素子５３Ｇから出射する光の位相分布である第２基準位相分布と、位相変調素子５３Ｂから出射する光の位相分布である第３基準位相分布とが格納される。第１基準位相分布は、位相変調素子５３Ｒから出射する光が所定の画像における赤色成分を抜き出した画像を投影する配光パターンとなるような位相変調素子５３Ｒから出射する光の位相分布である。第２基準位相分布は、位相変調素子５３Ｇから出射する光が所定の画像における緑色成分を抜き出した画像を投影する配光パターンとなるような位相変調素子５３Ｇから出射する光の位相分布である。第３基準位相分布は、位相変調素子５３Ｂから出射する光が所定の画像における青色成分を抜き出した画像を投影する配光パターンとなるような位相変調素子５３Ｂから出射する光の位相分布である。
【００７９】
図６は本実施形態における車両用灯具から出射する光によって投影する画像の例を示す図である。具体的には、図６（Ａ）は記憶部７５に格納される所定の画像であり、ハイビームの配光パターンの画像を示す図である。図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）は、目標画像生成部７３によって算出される目標画像である。図６（Ｂ）はハイビームの配光パターンにおいて特定の領域が暗くされる配光パターンの画像を示す図であり、図６（Ｃ）はハイビームの配光パターンにおける別の特定の領域が暗くされる配光パターンの画像を示す図である。なお、理解を容易にするため、図６では、それぞれの画像には当該画像を投影する際の車両前方の風景が重ね合わされており、Ｓは水平線を示し、配光パターンが太線で示され、この配光パターンは、車両から２５ｍ離れた鉛直面上に形成される配光パターンとされている。
【００８０】
図６（Ａ）に示される画像のハイビームの配光パターンＰＨは白色である。また、ハイビームの配光パターンＰＨのうち領域ＬＡ１は最も輝度が高い領域であり、領域ＬＡ２、領域ＬＡ３、領域ＬＡ４の順に輝度が低くなる。
【００８１】
図６（Ｂ）に示される画像の配光パターンＰ１は、ハイビームの配光パターンＰＨにおける特定の領域ＡＲ１が暗くされる配光パターンである。つまり、配光パターンＰ１における特定の領域ＡＲ１の輝度は、ハイビームの配光パターンＰＨにおける特定の領域ＡＲ１の輝度よりも低い。この特定の領域ＡＲ１は、検知装置７２によって対象物として検知される歩行者ＰＥの全体と重なっている。また、配光パターンＰ１における特定の領域ＡＲ１以外における輝度分布は、ハイビームの配光パターンＰＨにおける領域ＡＲ１の領域以外における輝度分布と同じとされる。前照灯１が図６（Ｂ）に示される画像を投影する場合、この配光パターンＰ１の光が照射され、歩行者ＰＥが前照灯１から出射する光を眩しく感じることを抑制し得る。
【００８２】
図６（Ｃ）に示される画像の配光パターンＰ２は、ハイビームの配光パターンＰＨにおける特定の領域ＡＲ１と異なる別の特定の領域ＡＲ２が暗くされる配光パターンである。つまり、配光パターンＰ２における特定の領域ＡＲ２の輝度は、ハイビームの配光パターンＰＨにおける特定の領域ＡＲ２の光の輝度よりも低い。この特定の領域ＡＲ２は、検知装置７２によって対象物として検知される対向車ＯＶの全体と重なっている。また、配光パターンＰ２における特定の領域ＡＲ２以外における輝度分布は、ハイビームの配光パターンＰＨにおける領域ＡＲ２の領域以外における輝度分布と同じとされる。前照灯１が図６（Ｃ）に示される画像を投影する場合、この配光パターンＰ２の光が照射され、対向車ＯＶの運転者が前照灯１から出射する光を眩しく感じることを抑制し得る。なお、図６（Ａ）において、ハイビームの配光パターンＰＨにおける特定の領域ＡＲ２は破線で示されている。本実施形態では、配光パターンＰ２における特定の領域ＡＲ２は、領域ＬＡ２内に位置し、この特定の領域ＡＲ２の光の強度は、領域ＬＡ２の強度よりも低くされる。
【００８３】
次に、本実施形態の前照灯１の動作について説明する。具体的には、車両前方の状況に応じて出射する光の配光パターンをハイビームの配光パターンＰＨから別の配光パターンに変化する動作について説明する。図７は、本実施形態における制御部の制御フローチャートを示す図である。
【００８４】
まず、ステップＳＰ１において、ライトスイッチ７４がオンされ、ライトスイッチ７４から光の出射を指示する信号が制御部７１に入力される場合、制御部７１の制御フローはステップＳＰ２に進む。一方、ステップＳＰ１において、この信号が制御部７１に入力されない場合、制御部７１の制御フローはステップＳＰ６に進む。
【００８５】
ステップＳＰ２において、検知装置７２が車両前方に位置する所定の対象物を検知せず、目標画像生成部７３から目標画像に関する情報が制御部７１に入力されない場合、制御部７１の制御フローはステップＳＰ３に進む。一方、ステップＳＰ２においてこの情報が制御部７１に入力される場合、制御部７１の制御フローはステップＳＰ４に進む。
【００８６】
ステップＳＰ３において、制御部７１は、記憶部７５に格納されるハイビームの配光パターンの画像に対応する所定の光の位相分布に基づいて、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂを制御する。具体的には、制御部７１は、この情報に基づく信号を駆動回路６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂに出力し、駆動回路６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂは、制御部７１から入力する信号に基づいて、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂの各ドットＤＴに印加する電圧をそれぞれ調整する。この電圧は、位相変調素子５３Ｒから出射する光の位相分布が上記第１基準位相分布となり、位相変調素子５３Ｇから出射する光の位相分布が上記第２基準位相分布となり、位相変調素子５３Ｂから出射する光の位相分布が上記第３基準位相分布となるような電圧とされる。また、制御部７１は、電源回路６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂに所定の信号を出力し、電源回路６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂは、制御部７１から入力する信号に基づいて、電源から発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに所定の電力を供給する。このため、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂは、それぞれ所定の強度のレーザ光を出射する。発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射するレーザ光が対応する位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂに入射し、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが出射する。これら光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの一部は合成光学系５５で合成され、この合成された光が前照灯１から出射する。ここで、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光の位相分布は、ハイビームの配光パターンＰＨの画像に対応する基準位相分布となるようにされているため、白色のハイビームの配光パターンＰＨの光が前照灯１から出射する。
【００８７】
本実施形態では、ステップＳＰ３において、制御部７１は、これら位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂの制御とこれら発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの制御とを同時に行う。しかし、制御部７１はこれらの制御を順次行っても良い。
【００８８】
ステップＳＰ２において、検知装置７２が車両前方に位置する所定の対象物を検知し、目標画像生成部７３から目標画像に関する情報が制御部７１に入力される場合、制御部７１の制御フローはステップＳＰ４に進む。ステップＳＰ４において、制御部７１は、位相分布生成処理を行う。位相分布生成処理は、位相変調素子５３Ｒ、位相変調素子５３Ｇ、及び位相変調素子５３Ｂのそれぞれに対して行われる。本実施形態では、これら位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂに対する位相分布生成処理は、同様の処理とされる。このため、以下では位相変調素子５３Ｒに対する位相分布生成処理について説明し、位相変調素子５３Ｇ及び位相変調素子５３Ｂに対する位相分布生成処理はその説明を適宜省略する。
【００８９】
図８は、位相分布生成処理における制御部の制御フローチャートを示す図である。図８に示すように、位相分布生成処理は、第１制御処理と、第１画像取得処理と、第２画像算出処理と、第２位相分布算出処理と、第２制御処理と、第３画像取得処理と、第４画像算出処理と、第３位相分布算出処理と、入れ換え処理と、を含んでいる。位相分布生成処理では、まず、ステップＳＰ１１において、制御部７１は、第１制御処理として、位相変調素子５３Ｒから出射する光の位相分布が所定の第１位相分布となるように位相変調素子５３Ｒを制御する。具体的には、制御部７１は、所定の第１位相分布に基づいて駆動回路６０Ｒに信号を出力し、駆動回路６０Ｒは、制御部７１から入力する信号に基づいて、位相変調素子５３Ｒの各ドットＤＴに印加する電圧をそれぞれ調整する。この電圧は、位相変調素子５３Ｒから出射する光の位相分布が所定の第１位相分布となるような電圧とされる。なお、所定の第１位相分布は、ランダムな位相分布であれば良く、特に限定されるものではない。
【００９０】
次にステップＳＰ１２において、制御部７１は、第１画像取得処理として、第１制御処理がされた位相変調素子５３Ｒから出射してイメージセンサ８２Ｒが受光する光を第１画像として取得する。具体的には、制御部７１は、電源回路６１Ｒに所定の信号を出力し、電源回路６１Ｒは、制御部７１から入力する信号に基づいて、電源から発光素子５１Ｒに所定の電力を供給する。このため、発光素子５１Ｒから所定の強度のレーザ光が出射し、このレーザ光が位相変調素子５３Ｒに入射し、このレーザ光の位相分布が変調された光が位相変調素子５３Ｒから出射する。位相変調素子５３Ｒから出射する光は、分光部８０Ｒで一部の光と他の一部の光に分離され、分光部８０Ｒで分離された一部の光がフーリエ変換レンズ８１Ｒによって結像され、この結像された光がイメージセンサ８２Ｒによって受光される。イメージセンサ８２Ｒは、この受光した光を電気信号に変換して二次元画像として制御部７１に出力する。このようにして、制御部７１は、イメージセンサ８２Ｒから出力される二次元画像を第１画像として取得する。ここで、光を結像することによって得られる画像は、当該光の位相分布をフーリエ変換した画像となることが知られている。このため、この第１画像は、概ね所定の第１位相分布をフーリエ変換した画像である。従って、この位相分布生成処理では、光を結像することによって生じるフーリエ変換作用を用いることで、第１位相分布のフーリエ変換の演算を省略している。
【００９１】
次にステップＳＰ１３において、制御部７１は、第２画像算出処理として、ステップＳＰ１２において取得した第１画像を目標画像生成部７３から入力された第１目標画像に近づけた第２画像を算出する。この第１目標画像は、上記のように前照灯１から投影させる画像の赤色成分の画像である。具体的には、本実施形態の制御部７１は、第１目標画像の縦方向の画素数と第１画像の縦方向の画素数とが同じとなり、第１目標画像の横方向の画素数と第１画像の横方向の画素数とが同じとなるような画像処理を第１画像に施す。なお、この画像処理は特に限定されるものではない。しかし、この画像処理は、第１画像中の像が変形しない画像処理とされ、例えば、画像を拡大したり縮小したりする画像処理や、画像の一部を切り出して新たな画像とする画像処理や、これら画像処理が組み合わされた画像処理とされる。なお、この画像処理は省略されても良い。例えば、第１目標画像の縦方向の画素数と第１画像の縦方向の画素数とが同じとなり、第１目標画像の横方向の画素数と第１画像の横方向の画素数とが同じとなるイメージセンサ８２Ｒを用いることで、この画像処理を省略し得る。
【００９２】
次に、本実施形態の制御部７１は、この画像処理が施された第１画像におけるそれぞれの画素と第１目標画像におけるそれぞれの画素とを比較する。そして、制御部７１は、この画像処理が施された第１画像におけるそれぞれの画素の輝度のうち対応する第１目標画像における画素の輝度よりも所定値以上大きい画素の輝度が当該輝度よりも小さい輝度に置換された画像を算出し、算出された画像を第２画像とする。このように算出される第２画像中の像の輪郭は、第１画像中の像の輪郭よりも第１目標画像中の像の輪郭に近づいている。このようにして、制御部７１は、第１画像を第１目標画像に近づけた画像を算出する。なお、第２画像算出処理は、第１画像を第１目標画像に近づけた第２画像を算出することができれば良く、第２画像を算出する方法は、特に限定されるものではない。
【００９３】
次にステップＳＰ１４において、制御部７１は、第２位相分布算出処理として、ステップＳＰ１３において算出した第２画像の輝度分布を位相分布に変換した第２位相分布を算出する。具体的には、この輝度分布の位相分布への変換は、第２画像の輝度分布の各輝度を所定の係数で位相に比例変換し、この各位相を２πで除算した際の剰余を算出し、算出された剰余を対応する輝度と置換する演算とされる。なお、輝度は、例えば、位相変調素子５３ＲのそれぞれのドットＤＴが光の位相を変調させることができる最大の変調量よりも小さくなるように変換される。
【００９４】
次にステップＳＰ１５において、制御部７１は、第２制御処理として、位相変調素子５３Ｒから出射する光の位相分布がステップＳＰ１４において算出された第２位相分布となるように位相変調素子５３Ｒを制御する。具体的には、制御部７１は、第２位相分布に基づいて駆動回路６０Ｒに信号を出力し、駆動回路６０Ｒは、制御部７１から入力する信号に基づいて、位相変調素子５３Ｒの各ドットＤＴに印加する電圧をそれぞれ調整する。この電圧は、位相変調素子５３Ｒから出射する光の位相分布が第２位相分布となるような電圧とされる。このように制御された位相変調素子５３Ｒにおける出射面には、第２画像算出処理によって算出した第２画像と概ね同じ画像が表示される。つまり、位相変調素子５３Ｒにおける出射面に第２画像算出処理によって算出した第２画像を表示させることは、第２位相分布算出処理と第２制御処理とをすることと理解できる。なお、本実施形態では、ステップＳＰ１３からステップＳＰ１５において、発光素子５１Ｒから所定の強度のレーザ光が出射されたままとされる。しかし、発光素子５１Ｒからのレーザ光が非出射とされても良い。
【００９５】
次にステップＳＰ１６において、制御部７１は、第３画像取得処理として、第２制御処理がされた位相変調素子５３Ｒから出射してイメージセンサ８２Ｒが受光する光を第３画像として取得する。発光素子５１Ｒから所定の強度のレーザ光が出射されたままとされているため、発光素子５１Ｒから出射するレーザ光が位相変調素子５３Ｒに入射し、このレーザ光の位相分布が変調された光が位相変調素子５３Ｒから出射する。なお、発光素子５１Ｒからのレーザ光が非出射とされている場合、ステップＳＰ１２と同様にして、制御部７１は、発光素子５１Ｒから所定の強度のレーザ光が出射させる。位相変調素子５３Ｒから出射する光は、分光部８０Ｒで一部の光と他の一部の光に分離され、分光部８０Ｒで分離された一部の光がフーリエ変換レンズ８１Ｒによって結像され、この結像された光がイメージセンサ８２Ｒによって受光される。イメージセンサ８２Ｒは、この受光した光を電気信号に変換して二次元画像として制御部７１に出力する。このようにして、制御部７１は、イメージセンサ８２Ｒから出力される二次元画像を第３画像として取得する。
【００９６】
次にステップＳＰ１７において、制御部７１は、第４画像算出処理として、ステップＳＰ１６において取得した第３画像の画素配列を転置させた第４画像を算出する。ここで、光を結像することによって得られる画像を転置させた画像は、当該光の位相分布を逆フーリエ変換した画像となることが知られている。このため、この第４画像は、概ね第２位相分布を逆フーリエ変換した画像である。従って、この位相分布生成処理では、光を結像することによって生じるフーリエ変換作用を用いることで、第２位相分布の逆フーリエ変換の演算の一部を省略している。
【００９７】
次にステップＳＰ１８において、制御部７１は、第３位相分布算出処理として、ステップＳＰ１７において算出した第４画像の輝度分布を位相分布に変換した第３位相分布を算出する。具体的には、ステップＳＰ１４と同様に、この輝度分布の位相分布への変換は、第４画像の輝度分布の各輝度を所定の係数で位相に比例変換し、この各位相を２πで除算した際の剰余を算出し、算出された剰余を対応する輝度と置換する演算とされる。なお、輝度は、例えば、位相変調素子５３ＲのそれぞれのドットＤＴが光の位相を変調させることができる最大の変調量よりも小さくなるように変換される。
【００９８】
次にステップＳＰ１９において、制御部７１は、入れ換え処理として、ステップＳＰ１８において算出した第３位相分布にランダムな位相分布を付与した第４位相分布を算出し、ステップＳＰ１１に戻って、この第４位相分布を所定の第１位相分布として第１制御処理を行う。なお、ランダムな位相分布は、特に限定されるものではない。
【００９９】
このように、ステップＳＰ１１からステップＳＰ１９までの処理を１サイクルとするとき、制御部７１は、このサイクルを所定の回数行う。このサイクルを複数回行うことで、ステップＳＰ１２において取得される第１画像は目標画像生成部７３から入力された第１目標画像に近づくように収束する。このように第１目標画像に近づいた第１画像を更に第１目標画像に近づけた画像が第２画像であり、第２画像の輝度分布を位相分布に変換した第２位相分布を概ね逆フーリエ変換したものが第３位相分布である。つまり、第３位相分布は、当該第３位相分布を逆フーリエ変換すると第１目標画像に近づいた画像となる位相分布であり、このような位相分布の光が所定距離以上離れた領域に照射されることで、当該領域には第１目標画像に近づいた画像が投影される。本実施形態の制御部７１はこのような第３位相分布を位相変調素子５３Ｒに対する第１目標位相分布として、位相分布生成処理を終了する。なお、本実施形態では、ステップＳＰ１６からステップＳＰ１９において、発光素子５１Ｒから所定の強度のレーザ光が出射されたままとされる。しかし、発光素子５１Ｒからのレーザ光が非出射とされても良い
【０１００】
制御部７１は、上記の位相変調素子５３Ｒに対する位相分布生成処理と同時に、位相変調素子５３Ｇ及び位相変調素子５３Ｂに対する位相分布生成処理を行い、位相変調素子５３Ｇに対する第２目標位相分布及び位相変調素子５３Ｂに対する第３目標位相分布も算出する。そして、制御部７１の制御フローは、ステップＳＰ５に進む。
【０１０１】
ステップＳＰ５において、制御部７１は、位相変調素子５３Ｒから出射する光の位相分布がステップＳＰ４において算出した第１目標位相分布となるように位相変調素子５３Ｒを制御する。また、制御部７１は、位相変調素子５３Ｒと同様に、位相変調素子５３Ｇから出射する光の位相分布がステップＳＰ４において算出した第２目標位相分布となるように位相変調素子５３Ｒを制御し、位相変調素子５３Ｂから出射する光の位相分布がステップＳＰ４において算出した第３目標位相分布となるように位相変調素子５３Ｒを制御する。具体的には、制御部７１は、第１目標位相分布、第２目標位相分布、及び第１目標位相分布に基づいて、駆動回路６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂにそれぞれ信号を出力し、駆動回路６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂは、制御部７１から入力する信号に基づいて、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂの各ドットＤＴに印加する電圧をそれぞれ調整する。位相変調素子５３Ｒの各ドットＤＴに印加される電圧は、位相変調素子５３Ｒから出射する光の位相分布が第１目標位相分布となるような電圧とされる。位相変調素子５３Ｇの各ドットＤＴに印加される電圧は、位相変調素子５３Ｇから出射する光の位相分布が第２目標位相分布となるような電圧とされる。位相変調素子５３Ｂの各ドットＤＴに印加される電圧は、位相変調素子５３Ｂから出射する光の位相分布が第３目標位相分布となるような電圧とされる。発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから所定の強度のレーザ光が出射されたままとされているため、これら発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射するレーザ光がそれぞれ位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂに入射する。このため、光の位相分布が第１目標位相分布となるような光が位相変調素子５３Ｒから出射し、光の位相分布が第２目標位相分布となるような光が位相変調素子５３Ｇから出射し、光の位相分布が第３目標位相分布となるような光が位相変調素子５３Ｂから出射する。この位相変調素子５３Ｒから出射する光は、前照灯１から投影させる目標画像の赤色成分の画像である第１目標画像を投影するような光であり、位相変調素子５３Ｇから出射する光は、前照灯１から投影させる目標画像の緑色成分の画像である第２目標画像を投影するような光であり、この位相変調素子５３Ｂから出射する光は、前照灯１から投影させる目標画像の青色成分の画像である第３目標画像を投影するような光である。そして、このような位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光は、図１、図２に示すように、それぞれ分光部８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂで一部の光と他の一部の光とに分離される。分光部８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂで分離されたこれら一部の光はそれぞれイメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂに受光されものの、これら他の一部の光である光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢは、合成光学系５５で合成され、フロントカバー１２を介して前照灯１から出射する。
【０１０２】
このようにして、目標画像生成部７３によって算出された目標画像が前照灯１によって投影される。図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に例示されるように、目標画像生成部７３によって算出される目標画像は、ハイビームの配光パターンＰＨのうち対象物と重なる領域の少なくとも一部が暗くされた配光パターンの画像であるため、このような配光パターンの光が前照灯１から出射する。
【０１０３】
上記のようにステップＳＰ１においてライトスイッチ７４から光の出射を指示する信号が制御部７１に入力されずに制御部７１の制御フローがステップＳＰ６に進んだ場合、制御部７１は、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂを制御して発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂからのレーザ光を非出射にする。この場合、電源回路６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂは、制御部７１から入力する信号に基づいて、電源から発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂへの電力の供給を停止する。このため、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂはレーザ光を非出射とし、前照灯１は光を非出射とする。
【０１０４】
このように、本実施形態の前照灯１は、検知装置７２が車両前方に位置する所定の対象物を検知しない場合、ハイビームの配光パターンＰＨの光を出射する。一方、検知装置７２が車両前方に位置する所定の対象物を検知する場合、この前照灯１は、対象物の少なくとも一部と暗くされる特定の領域とが重なる配光パターンＰ１，Ｐ２の光を出射する。
【０１０５】
以上説明したように、本実施形態の前照灯１は、光を出射する発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂと、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂと、イメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂと、制御部７１と、を備える。位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂは、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂからの光が入射する二次元配列された複数のドットＤＴを含み、入射する前記光の位相を複数のドットＤＴごとに変調する。イメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂは、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する一部の光を受光する。位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する一部の光はそれぞれ結像し、この結像した一部の光をイメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂが受光する。
【０１０６】
制御部７１は、位相分布生成処理によって目標画像の赤色成分である第１目標画像に対応する第１目標位相分布、目標画像の緑色成分である第２目標画像に対応する第２目標位相分布、及び目標画像の青色成分である第３目標画像に対応する第３目標位相分布を算出する。位相分布生成処理は、第１制御処理と、第１画像取得処理と、第２画像算出処理と、第２位相分布算出処理と、第２制御処理と、第３画像取得処理と、第４画像算出処理と、第３位相分布算出処理と、入れ換え処理と、を含む。第１制御処理は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光の位相分布がそれぞれ第１位相分布となるように位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂを制御する処理である。第１画像取得処理は、第１制御処理がされたそれぞれの位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する一部の光であって、イメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂがそれぞれ受光するこの一部の光をそれぞれ第１画像として取得する処理である。第２画像算出処理は、イメージセンサ８２Ｒが受光する第１画像を第１目標画像に近づけた第２画像と、イメージセンサ８２Ｇが受光する第１画像を第２目標画像に近づけた第２画像と、イメージセンサ８２Ｂが受光する第１画像を第３目標画像に近づけた第２画像とをそれぞれ算出する処理である。第２位相分布算出処理は、第２画像算出処理で算出されたそれぞれの第２画像の輝度分布に対応する第２位相分布をそれぞれ算出する処理である。第２制御処理は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光の位相分布がそれぞれ第２位相分布算出処理によって算出されたそれぞれの第２位相分布となるように位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂを制御する処理である。第３画像取得処理は、第２制御処理がされた位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する一部の光であって、イメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂがそれぞれ受光するこの一部の光をそれぞれ第３画像として取得する処理である。第４画像算出処理は、第３画像取得処理で取得されたそれぞれの第３画像の画素配列を転置させた第４画像をそれぞれ算出する処理である。第３位相分布算出処理は、第４画像算出処理で算出されたそれぞれの第４画像の輝度分布に対応する第３位相分布をそれぞれ算出する処理である。入れ換え処理は、第３位相分布算出処理で算出されたそれぞれの第３位相分布にランダムな位相分布を付与した第４位相分布をそれぞれ算出し、これら第４位相分布をそれぞれ第１位相分布とする処理である。
【０１０７】
本実施形態の前照灯１では、上記のように、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂは、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂからの光の位相を複数のドットＤＴごとに変調するため、位相分布が変調された光が位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射される。位相の異なる光は互いに干渉しあって回折されるため、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光は、当該光の位相分布に応じて回折する。このため、制御部７１によって位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂを制御して位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光の位相分布を調節することで、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光の回折を制御することができる。そして、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光が合成された光によって、所望の画像を投影することができる。
【０１０８】
また、制御部７１は、上記の位相分布生成処理によって、光の位相分布の反復フーリエ変換を行い、目標画像の赤色成分である第１目標画像に対応する第１目標位相分布、目標画像の緑色成分である第２目標画像に対応する第２目標位相分布、及び目標画像の青色成分である第３目標画像に対応する第３目標位相分布を算出する。
【０１０９】
第１画像取得処理では、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光の位相分布が第１位相分布となるように制御された位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射してイメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂがそれぞれ受光する光を第１画像としてそれぞれ取得する。上記のように、イメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂは結像した光を受光するため、それぞれの第１画像は位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射した光が結像した画像となる。ここで、光を結像することによって得られる画像は、当該光の位相分布をフーリエ変換した画像となることが知られている。このため、それぞれの第１画像は、概ね第１位相分布をそれぞれフーリエ変換した画像である。従って、本実施形態の前照灯１では、光を結像することによって生じるフーリエ変換作用を用いることで、それぞれの第１位相分布のフーリエ変換の演算を省略している。
【０１１０】
また、第３画像取得処理では、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光の位相分布が第２位相分布となるように制御された位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射してイメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂが受光する光を第３画像として取得する。そして、第４画像算出処理では、それぞれの第３画像の画素配列を転置させた第４画像をそれぞれ算出する。ここで、光を結像することによって得られる画像を転置させた画像は、当該光の位相分布を逆フーリエ変換した画像となることが知られている。このため、それぞれの第４画像は、概ね第２位相分布をそれぞれ逆フーリエ変換した画像である。従って、本実施形態の前照灯１では、光を結像することによって生じるフーリエ変換作用を用いることで、第２位相分布の逆フーリエ変換の演算の一部を省略している。
【０１１１】
このように、本実施形態の前照灯１では、光を結像することによって生じるフーリエ変換作用を用いて、光の位相分布の反復フーリエ変換におけるフーリエ変換の演算と逆フーリエ変換の演算の一部を省略している。このため、本実施形態の前照灯１は、反復フーリエ変換におけるフーリエ変換と逆フーリエ変換とを演算によって行う場合と比べて、目標位相分布を算出する際の演算量を少なくして演算時間を短縮し得る。従って、本実施形態の前照灯１は、所望の画像を投影するまでの時間を短縮し得る。
【０１１２】
また、本実施形態の前照灯１では、光源５１は複数の発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂを有し、位相変調部５３は複数の発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂごとに設けられる複数の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂを有する。これら発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂは、互いに波長帯域の異なる光を出射する。このため、発光素子５１Ｒから出射した光の位相分布が変調された光が発光素子５１Ｒに対応する位相変調素子５３Ｒから出射する。発光素子５１Ｇから出射した光の位相分布が変調された光が発光素子５１Ｇに対応する位相変調素子５３Ｇから出射し、発光素子５１Ｂから出射した光の位相分布が変調された光が発光素子５１Ｂに対応する位相変調素子５３Ｂから出射する。つまり、複数の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから互いに波長帯域の異なる光が出射する。このため、本実施形態の前照灯１は、こられの光が合成された光によって、所望の色の画像を投影し得る。
【０１１３】
また、本実施形態の前照灯１では、上記のように、複数の受光光学系５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂは、互いに波長帯域の異なる光を出射する複数の発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂにそれぞれ対応する複数の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂごとに設けられる。このため、イメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂは、複数の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂごとに設けられる。また、本実施形態の前照灯１では、目標画像の赤色成分である第１目標画像と、目標画像の緑色成分である第２目標画像と、目標画像の青色成分である第３目標画像とが設けられる。つまり、目標画像は、互いに波長帯域の異なる光を出射する発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂごとに設けられている。また、制御部７１は、複数の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂごとに上記の位相分布生成処理によって目標位相分布を算出する。このため、制御部７１は、互いに波長帯域の異なる光を出射する位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂをそれぞれの目標位相分布に基づいて制御することができる。このため、本実施形態の前照灯１は、投影される画像に色のにじみが生じることを抑制し得る。また、本実施形態の前照灯１は、複数の色から構成される画像を投影し得る。なお、これら位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂは発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂにそれぞれ対応しているため、制御部７１は、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂごとに目標位相分布を算出すると理解できる。
【０１１４】
また、本実施形態の前照灯１は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢをそれぞれ一部の光と他の一部の光に分離する分光部８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂを備える。このため、出射する光がイメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂにのみ入射する発光素子を光源５１が有していなくても位相変調部５３から出射する一部の光をイメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂに受光させることができ、前照灯１を簡易な構成とし得る。
【０１１５】
また、本実施形態の前照灯１では、それぞれの受光光学系５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂは、分光部８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂで分離された一部の光である光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢを結像するフーリエ変換レンズ８１Ｒ，８１Ｇ，８１Ｂを備えている。このため、本実施形態の前照灯１は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する一部の光である光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢを安定して結像させることができる。
【０１１６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図９、図１０を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【０１１７】
図９は、本発明の第２実施形態における車両用灯具を図１と同様に示す図であり、図１０は、図９に示す光学系ユニットの拡大図である。なお、図１０では、理解を容易にするために、ヒートシンク３０、カバー５９等の記載が省略されている。図９、図１０に示すように、本実施形態の前照灯１は、灯具ユニット２０が投影レンズ８５を備える点、第１受光光学系５４Ｒ、第２受光光学系５４Ｇ、及び第３受光光学系５４Ｂがそれぞれフーリエ変換レンズ８１Ｒ，８１Ｇ，８１Ｂを備えない点において、第１実施形態の前照灯１と異なる。投影レンズ８５は、入射する光の発散角を調節するレンズである。光学系ユニット５０から出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが投影レンズ８５に入射し、これら光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの発散角が投影レンズ８５で調整される。本実施形態では、投影レンズ８５は、入射面及び出射面が凸状に形成されたレンズとされる。
【０１１８】
本実施形態における制御部７１は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂをそれぞれ制御して位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光のそれぞれを結像させる。具体的には、制御部７１は、位相変調素子５３Ｒから出射し分光部８０Ｒで合成光学系５５側に分離された光である第１の光ＤＬＲと、位相変調素子５３Ｇから出射し分光部８０Ｇで合成光学系５５側に分離された光である第２の光ＤＬＧと、位相変調素子５３Ｒから出射し分光部８０Ｂで合成光学系５５側に分離された光である第３の光ＤＬＢとが、概ね同じ位置で結像するように位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂをそれぞれ制御する。このように結像される光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢは、結像した後発散するように伝搬する。なお、これら光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが結像する位置は、投影レンズ８５よりも光学系ユニット５０側とされる。このようにされることで、光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの発散角が投影レンズ８５で調整され、発散角が調整された光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢ光がフロントカバー１２を介して前照灯１から出射する。
【０１１９】
位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂが上記のよう制御される場合、位相変調素子５３Ｒから出射し分光部８０Ｒでイメージセンサ８２Ｒ側に分離された光と、位相変調素子５３Ｇから出射し分光部８０Ｇでイメージセンサ８２Ｇ側に分離された光と、位相変調素子５３Ｂから出射し分光部８０Ｂでイメージセンサ８２Ｂ側に分離された光も結像する。つまり、制御部７１は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂを制御してこれら光を結像させているとも理解できる。本実施形態では、イメージセンサ８２Ｒは、分光部８０Ｒでイメージセンサ８２Ｒ側に分離された光の結像またはこの結像位置の近傍に受光面が位置するように配置される。また、イメージセンサ８２Ｇは、分光部８０Ｇでイメージセンサ８２Ｇ側に分離された光の結像またはこの結像位置の近傍に受光面が位置するように配置され、イメージセンサ８２Ｂは、分光部８０Ｂでイメージセンサ８２Ｂ側に分離された光の結像またはこの結像位置の近傍に受光面が位置するように配置される。このため、イメージセンサ８２Ｒは、位相変調素子５３Ｒから出射して結像する光を受光し、イメージセンサ８２Ｇは、位相変調素子５３Ｇから出射して結像する光を受光し、イメージセンサ８２Ｂは、位相変調素子５３Ｂから出射して結像する光を受光する。従って、本実施形態の前照灯１は、第１実施形態と同様に、光を結像することによって生じるフーリエ変換作用を用いて、光の位相分布の反復フーリエ変換におけるフーリエ変換の演算と逆フーリエ変換の演算の一部を省略することができる。従って、本実施形態の前照灯１は、反復フーリエ変換におけるフーリエ変換と逆フーリエ変換とを演算によって行う場合と比べて、目標位相分布を算出する際の演算量を少なくして演算時間を短縮し得る。
【０１２０】
また、本実施形態の前照灯１は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射して車両の外部に照射される光の発散角を調整する投影レンズ８５を備える。このため、本実施形態の前照灯１は、発散角が調節された光を車両の外部に出射することができ、投影レンズ８５を備えない場合と比べて、投影する画像の大きさを所望の大きさにし易い。
【０１２１】
また、本実施形態の前照灯１では、制御部７１は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂをそれぞれ制御して位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢのそれぞれを結像させる。この結像する光がイメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂで受光される。このため、本実施形態の前照灯１は、フーリエ変換レンズ等を備えなくても位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する一部の光を結像させることができ、前照灯１を簡易な構成とし得る。
【０１２２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１１を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【０１２３】
図１１は、本発明の第３実施形態における光学系ユニットを図２と同様に示す図である。なお、図１１では、理解を容易にするために、ヒートシンク３０、カバー５９等の記載が省略されている。図１１に示すように、本実施形態の光学系ユニット５０は、光源５１がテスト用発光素子５１Ｔとコリメートレンズ５２Ｔとを更に備える点、位相変調部５３がテスト用位相変調素子５３Ｔを更に備える点において、第１実施形態の光学系ユニット５０と異なる。また、本実施形態の光学系ユニット５０は、第１受光光学系５４Ｒ、第２受光光学系５４Ｇ、及び第３受光光学系５４Ｂに替わって、フーリエ変換レンズ８１Ｔとイメージセンサ８２Ｔとを備える点において、第１実施形態の光学系ユニット５０と異なる。
【０１２４】
本実施形態のテスト用発光素子５１Ｔは、発光素子５１Ｒと同様に、パワーのピーク波長が例えば６３８ｎｍの赤色のレーザ光を出射する。テスト用発光素子５１Ｔは、他の発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂと同様に、不図示の回路基板に実装されており、制御部７１によって制御される。
【０１２５】
コリメートレンズ５２Ｔは、テスト用発光素子５１Ｔから出射するレーザ光のファスト軸方向、スロー軸方向をコリメートするレンズである。
【０１２６】
本実施形態のテスト用位相変調素子５３Ｔは、他の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂと同様に、入射する光を反射しつつ光の位相分布を変調する反射型の位相変調素子とされ、制御部７１によって制御される。テスト用位相変調素子５３Ｔにはテスト用発光素子５１Ｔから出射しコリメートレンズ５２Ｔでコリメートされた赤色のレーザ光が入射し、このテスト用位相変調素子５３Ｔは、この赤色のレーザ光の位相分布を変調した光ＤＬＴを出射する。
【０１２７】
フーリエ変換レンズ８１Ｔは、テスト用位相変調素子５３Ｔから出射する光ＤＬＴを結像するレンズである。本実施形態のフーリエ変換レンズ８１Ｔは、入射面及び出射面が凸状に形成されたレンズとされる。
【０１２８】
イメージセンサ８２Ｔは、受光面で受光した光を電気信号に変換して出力する光学素子であり、光を受光する複数の受光部を有し、受光面に入射する光を二次元画像として制御部７１に出力する。イメージセンサ８２Ｔは、受光面がフーリエ変換レンズ８１Ｔの焦点または焦点近傍に位置するように配置され、フーリエ変換レンズ８１Ｔによって結像される光を受光する。
【０１２９】
本実施形態では、位相変調部５３の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢは、それぞれ合成光学系５５で合成され、車両の外部に照射される。一方、位相変調部５３のテスト用位相変調素子５３Ｔから出射する光ＤＬＴは、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢと合波されることなく、結像されてイメージセンサ８２Ｔで受光される。このため、位相変調部５３から出射する一部の光としてテスト用位相変調素子５３Ｔから出射する光ＤＬＴが結像されてイメージセンサ８２Ｔで受光され、他の一部の光として位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが車両の外部に照射されると理解できる。また、上記のように、テスト用発光素子５１Ｔから出射する光のピーク波長と発光素子５１Ｒ出射する光のピーク波長とは同じとされる。このため、テスト用位相変調素子５３Ｔから出射する光ＤＬＴの波長帯域は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの波長帯域の一部である。
【０１３０】
本実施形態では、目標画像生成部７３は、前照灯１から投影させる目標画像の赤色成分の画像であるテスト用目標画像を算出し、制御部７１における位相分布生成処理は、出射する光がイメージセンサ８２Ｔで受光されるテスト用位相変調素子５３Ｔに対して行われる。なお、本実施形態における位相分布生成処理における制御部の制御フローチャートは、第１実施形態と同様であるため、本実施形態における位相分布生成処理については図８を参照して説明する。また、第１実施形態における位相分布生成処理と同一または同様の処理については、特に説明する場合を除き、重複する説明は省略する。
【０１３１】
本実施形態における位相分布生成処理のステップＳＰ１１において、制御部７１は、テスト用位相変調素子５３Ｔから出射する光の位相分布が所定の第１位相分布となるようにテスト用位相変調素子５３Ｔを制御する。また、制御部７１は、テスト用発光素子５１Ｔから所定の強度のレーザ光が出射するようにテスト用発光素子５１Ｔを制御する。次にステップＳＰ１２において、制御部７１は、第１制御処理がされたテスト用位相変調素子５３Ｔから出射してイメージセンサ８２Ｔが受光する光を第１画像として取得する。制御部７１は、上記第１実施形態と同様に、ステップＳＰ１３において第２画像を算出し、ステップＳＰ１４において第２位相分布を算出する。次にステップＳＰ１５において、制御部７１は、テスト用位相変調素子５３Ｔから出射する光の位相分布がステップＳＰ１４において算出された第２位相分布となるようにテスト用位相変調素子５３Ｔを制御する。次にステップＳＰ１６において、制御部７１は、第２制御処理がされたテスト用位相変調素子５３Ｔから出射してイメージセンサ８２Ｔが受光する光を第３画像として取得する。制御部７１は、上記第１実施形態と同様に、ステップＳＰ１７において第４画像を算出し、ステップＳＰ１８において第３位相分布を算出する。制御部７１は、ステップＳＰ１９において、上記第１実施形態と同様に、第３位相分布にランダムな位相分布を付与した第４位相分布を算出し、ステップＳＰ１１に戻って、この第４位相分布を所定の第１位相分布として第１制御処理を行う。制御部７１は、上記第１実施形態と同様に、ステップＳＰ１１からステップＳＰ１９までのサイクルを所定の回数行い、テスト用位相変調素子５３Ｔに対するテスト用目標位相分布を算出する。また、制御部７１は、テスト用発光素子５１Ｔを制御して当該テスト用発光素子５１Ｔからのレーザ光を非出射として、位相分布生成処理を終了する。このため、本実施形態のテスト用発光素子５１Ｔは、位相分布生成処理を行わないときに、レーザ光を非出射する。
【０１３２】
本実施形態における制御部７１は、上記の位相分布生成処理によって算出されたテスト用目標位相分布に基づいて、位相変調素子５３Ｒに対する第１目標位相分布と、位相変調素子５３Ｇに対する第２目標位相分布と、位相変調素子５３Ｂに対する第３目標位相分布とを算出する。具体的には、制御部７１は、テスト用目標位相分布を位相変調素子５３Ｒに対する第１目標位相分布とする。テスト用発光素子５１Ｔから出射する光の波長帯域は、発光素子５１Ｒから出射する光の波長帯域と概ね同じである。このため、位相変調素子５３Ｒから出射する光の位相分布が第１目標位相分布となるように制御された位相変調素子５３Ｒから出射する光は、目標画像の赤色成分の画像を投影するような光となる。また、制御部７１は、第１目標位相分布に補正を施して、第２目標位相分布を算出する。この補正は、第１目標位相分布が、位相変調素子５３Ｇから出射する光の位相分布であって、この光が目標画像の緑色成分の画像を投影するような光となるような位相分布となる補正である。また、制御部７１は、第１目標位相分布に補正を施して、第３目標位相分布を算出する。この補正は、第１目標位相分布が、位相変調素子５３Ｂから出射する光の位相分布であって、この光が目標画像の青色成分の画像を投影するような光となるような位相分布となる補正である。これらの補正は、それぞれの位相変調素子５３Ｇ，５３Ｂから出射する光の波長帯域に基づく補正である。このような補正として、例えば、予め定められた比例定数による補正が挙げられる。
【０１３３】
そして、制御部７１は、上記のように算出される第１目標位相分布に基づいて位相変調素子５３Ｒを制御し、上記のように算出される第２目標位相分布に基づいて位相変調素子５３Ｇを制御し、上記のように算出される第３目標位相分布に基づいて位相変調素子５３Ｂを制御する。これら位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが車両の外部に照射される。
【０１３４】
本実施形態の前照灯１では、上記のように、複数の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから互いに波長帯域の異なる光が出射する。このため、本実施形態の前照灯１は、こられの光が合成された光によって、所望の色の画像を投影し得る。
【０１３５】
また、本実施形態の前照灯１では、位相変調部５３の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂには、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射する光が入射し、これら位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢは、それぞれ合成光学系５５で合成され、車両の外部に照射される。一方、位相変調部５３のテスト用位相変調素子５３Ｔには、テスト用発光素子５１Ｔから出射する光が入射し、このテスト用位相変調素子５３Ｔから出射する光ＤＬＴは結像されてイメージセンサ８２Ｔで受光される。つまり、光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢと光ＤＬＴとは別個の発光素子から出射している。また、この光ＤＬＴは光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢと合波されることなく、イメージセンサ８２Ｔで受光されている。このため、イメージセンサ８２Ｔで受光される光ＤＬＴの強度と車両の外部に照射される光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの強度とを個別に調節することができる。このため、例えば、イメージセンサ８２Ｔの性能に応じた強度の光をイメージセンサ８２Ｔに受光させたり、所望の強度の光を車両の外部に照射したりすることが容易となる。
【０１３６】
また、本実施形態の前照灯１では、イメージセンサ８２Ｔで受光される光ＤＬＴは、制御部７１が位相分布生成処理を行わないときに、テスト用発光素子５１Ｔから非出射とされる。このため、イメージセンサ８２Ｔで受光される光ＤＬＴを常時出射する場合と比べて、光源５１における消費電力量を低減することができる。
【０１３７】
また、本実施形態の前照灯１では、制御部７１は、複数の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂのうち位相変調素子５３Ｒに対する第１目標位相分布を位相分布生成処理によって算出し、この第１目標位相分布から他の位相変調素子５３Ｇ，５３Ｂに対する目標位相分布を算出する。このため、本実施形態の前照灯１は、複数のイメージセンサを備えなくても複数の位相変調素子のそれぞれに対する目標位相分布を算出することができ、前照灯１を簡易な構成とし得る。
【０１３８】
また、本実施形態の前照灯１では、制御部７１は、位相変調素子５３Ｇから出射する光の位相分布であって、この光が目標画像の緑色成分の画像を投影するような光となるような位相分布となる補正を第１目標位相分布に施して位相変調素子５３Ｇに対応する第２目標位相分布を算出する。また、制御部７１は、位相変調素子５３Ｂから出射する光の位相分布であって、この光が目標画像の青色成分の画像を投影するような光となるような位相分布となる補正を第１目標位相分布に施して位相変調素子５３Ｂに対応する第３目標位相分布を算出する。このため、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂのそれぞれに対応する目標位相分布は、それぞれの位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの波長帯域に応じた位相分布となる。このため、本実施形態の前照灯１は、光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが合成された光によって投影される目標画像に色のにじみが生じることを抑制し得る。なお、制御部７１は、第１目標位相分布を第２目標位相分布としても良く、第１目標位相分布を第３目標位相分布としても良い。しかし、投影する画像に色のにじみが生じることを抑制する観点では、制御部７１は、第１目標位相分布に補正を施して、第２目標位相分布と第３目標位相分布とを算出することが好ましい。
【０１３９】
なお、本実施形態の前照灯１では、上記のように、位相変調部５３から出射する一部の光であるテスト用位相変調素子５３Ｔから出射する光ＤＬＴの波長帯域は、位相変調部５３から出射する他の一部の光である位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの波長帯域の一部とされた。しかし、テスト用位相変調素子５３Ｔから出射する光ＤＬＴの波長帯域は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの波長帯域と異なっていても良い。つまり、光源５１における発光素子のうちテスト用発光素子５１Ｔから出射する光の波長帯域は、他の発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの波長帯域と異なっていても良い。例えば、テスト用発光素子５１Ｔから出射する光の波長帯域は、不可視光線の波長帯域とされても良い。この場合、意図せずテスト用発光素子５１Ｔから出射する光が車両の外部に照射されたとしても、この光によって投影する画像に影響が生じることを抑制し得る。なお、テスト用発光素子５１Ｔから出射する光の波長帯域が他の発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの波長帯域と異なっている場合、制御部７１は、例えば、上記の位相生成処理によって算出される第１目標位相分布に、第２目標位相分布や第３目標位相分布に施される補正と同様の補正を施す。このため、制御部７１の演算量を低減する観点では、テスト用発光素子５１Ｔから出射する光の波長帯域は、他の発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの少なくとも一部であることが好ましい。
【０１４０】
ところで、位相分布生成処理において、位相変調素子から出射する光の位相分布が第２位相分布となるように制御される位相変調素子から出射する光が結像した画像は、目標画像と大きく異なる。しかし、本実施形態の前照灯１では、位相分布生成処理の際のテスト用位相変調素子５３Ｔから出射する光ＤＬＴは、イメージセンサ８２Ｔで受光され、車両の外部に照射されない。このため、目標画像と大きく異なる画像が車両の外部に照射されないため、運転者や車外の人間等が違和感を覚えることを抑制し得る。
【０１４１】
また、本実施形態では、前照灯１は、テスト用発光素子５１Ｔと異なる３つの発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂを備えていた。しかし、前照灯１は、テスト用発光素子５１Ｔと別個の発光素子を少なくとも１つ備えていれば良い。
【０１４２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１２を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【０１４３】
図１２は、本発明の第４実施形態における光学系ユニットを図２と同様に示す図である。なお、図１２では、理解を容易にするために、ヒートシンク３０、カバー５９等の記載が省略されている。図１２に示すように、本実施形態の光学系ユニット５０は、第１受光光学系５４Ｒ、第２受光光学系５４Ｇ、及び第３受光光学系５４Ｂに替わって、共通受光光学系５４Ｓを備える点において、第１実施形態の光学系ユニット５０と異なる。
【０１４４】
本実施形態の共通受光光学系５４Ｓは、分光部８０Ｓと、光学フィルタ８６と、フーリエ変換レンズ８１Ｓと、イメージセンサ８２Ｓとを備える。分光部８０Ｓは、合成光学系５５から出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢを一部の光と他の一部の光に分離する。分光部８０Ｓとして、例えば、第１実施形態の分光部８０Ｒと同様に、プリズム型ビームスプリッタ、平面型ビームスプリッタ、ウェッジ基板等が挙げられる。分光部８０Ｓで分離された一部の光が光学フィルタ８６に入射し、他の一部の光が共通受光光学系５４Ｓから出射して車両の外部に照射される。このため、共通受光光学系５４Ｓから出射する光は、合成光学系５５から出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの一部であり、以下では、この光についても光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢと表す。本実施形態の分光部８０Ｒにおける光の分離比は、一定とされている。
【０１４５】
光学フィルタ８６は、複数の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢのうち、いずれかの光を透過し、他の光を非透過とする光学素子である。本実施形態では、光学フィルタ８６は、位相変調素子５３Ｒから出射する第１の光ＤＬＲを透過し、位相変調素子５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＧ，ＤＬＢを非透過とする。このような光学フィルタ８６として、例えば、上記の第１光学素子５５ｆと同様の波長選択フィルタを挙げることができる。
【０１４６】
フーリエ変換レンズ８１Ｓは、光学フィルタ８６を透過した第１の光ＤＬＲを結像するレンズである。本実施形態のフーリエ変換レンズ８１Ｓは、入射面及び出射面が凸状に形成されたレンズとされる。
【０１４７】
イメージセンサ８２Ｓは、受光面で受光した光を電気信号に変換して出力する光学素子であり、光を受光する複数の受光部を有し、受光面に入射する光を二次元画像として制御部７１に出力する。イメージセンサ８２Ｓは、受光面がフーリエ変換レンズ８１Ｓの焦点または焦点近傍に位置するように配置され、フーリエ変換レンズ８１Ｓによって結像される光を受光する。このように分光部８０Ｓで分離された第１の光ＤＬＲの一部がイメージセンサ８２Ｓで受光され、第１の光ＤＬＲの他の一部が車外に出射する。このため、イメージセンサ８２Ｓで受光される光の波長帯域は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射して分光部８０Ｓで分離された他の一部の光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの波長帯域の一部である。
【０１４８】
本実施形態では、目標画像生成部７３は、前照灯１から投影させる目標画像の赤色成分の画像である第１目標画像を算出し、制御部７１における位相分布生成処理は、出射する光の一部がイメージセンサ８２Ｓで受光される位相変調素子５３Ｒに対して行われる。制御部７１は、上記第３実施形態の位相分布生成処理と同様にして、位相変調素子５３Ｒに対する第１目標位相分布を算出し、この第１目標位相分布から他の位相変調素子５３Ｇ，５３Ｂに対する目標位相分布を算出する。例えば、制御部７１は、上記第３実施形態と同様の補正を第１目標位相分布に施して、他の位相変調素子５３Ｇ，５３Ｂに対する目標位相分布を算出する。
【０１４９】
制御部７１は、算出される第１目標位相分布に基づいて位相変調素子５３Ｒを制御し、算出される第２目標位相分布に基づいて位相変調素子５３Ｇを制御し、算出される第３目標位相分布に基づいて位相変調素子５３Ｂを制御する。そして、これら位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが車両の外部に照射される。
【０１５０】
本実施形態の前照灯１では、上記のように、複数の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから互いに波長帯域の異なる光が出射する。このため、本実施形態の前照灯１は、こられの光が合成された光によって、所望の色の画像を投影し得る。
【０１５１】
また、本実施形態の前照灯１では、上記のように、制御部７１は、複数の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂのうち位相変調素子５３Ｒに対する第１目標位相分布を位相分布生成処理によって算出し、この第１目標位相分布から他の位相変調素子５３Ｇ，５３Ｂに対する目標位相分布を算出する。このため、本実施形態の前照灯１は、上記第３実施形態と同様に、複数のイメージセンサを備えなくても複数の位相変調素子のそれぞれに対する目標位相分布を算出することができ、前照灯１を簡易な構成とし得る。
【０１５２】
また、本実施形態の前照灯１では、光学フィルタ８６には、分光部８０Ｓで分離された一部の光が入射する。このため、分光部８０Ｓで分離された他の一部の光の波長帯域は位相変調部５３から出射する光の波長帯域と同じとなるため、投影する画像の色味が変化することを抑制し得る。
【０１５３】
また、本実施形態の前照灯１では、制御部７１は、上記第３実施形態と同様の補正を第１目標位相分布に施して、他の位相変調素子５３Ｇ，５３Ｂに対する目標位相分布を算出する。このため、本実施形態の前照灯１は、上記第３実施形態と同様に、光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが合成された光によって投影される目標画像に色のにじみが生じることを抑制し得る。
【０１５４】
なお、本実施形態では、分光部８０Ｇで分離された一部の光が入射する光学フィルタ８６を例に説明した。しかし、分光部８０Ｇで分離された一部の光が光学フィルタ８６に入射し、光学フィルタ８６を透過した光がイメージセンサ８２Ｓで受光されれば良い。例えば、光学フィルタ８６は、フーリエ変換レンズ８１Ｓから出射する光が光学フィルタ８６に入射するように配置されても良い。
【０１５５】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図１３を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【０１５６】
図１３は、本発明の第５実施形態における光学系ユニットを図２と同様に示す図である。なお、図１３では、理解を容易にするために、ヒートシンク３０、カバー５９等の記載が省略されている。図１３に示すように、本実施形態の位相変調部５３は、３つの位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂに替わって、１つの位相変調素子５３Ｓを備える点において、第１実施形態の位相変調部５３と異なる。また、本実施形態の光学系ユニット５０は、第１受光光学系５４Ｒ、第２受光光学系５４Ｇ、及び第３受光光学系５４Ｂに替わって、共通受光光学系５４Ｓを備える点において、第１実施形態の光学系ユニット５０と異なる。
【０１５７】
本実施形態では、位相変調素子５３Ｓの構成は第１実施形態の位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂと同様の構成とされる。この位相変調素子５３Ｓには、合成光学系５５から出射する光が入射する。具体的には、発光素子５１Ｒから出射するレーザ光は、コリメートレンズ５２Ｒでコリメートされ、合成光学系５５の第１光学素子５５ｆ及び第２光学素子５５ｓを透過して、位相変調素子５３Ｓに入射する。発光素子５１Ｇから出射するレーザ光は、コリメートレンズ５２Ｇでコリメートされ、合成光学系５５の第１光学素子５５ｆで反射され、第２光学素子５５ｓを透過して、位相変調素子５３Ｓに入射する。発光素子５１Ｂから出射するレーザ光は、コリメートレンズ５２Ｂでコリメートされ、合成光学系５５の第２光学素子５５ｓで反射されて、位相変調素子５３Ｓに入射する。なお、これら発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射するレーザ光は、位相変調素子５３Ｓに入射すれば良く、合成光学系５５の構成は限定されない。例えば、これらレーザ光は、合成光学系５５を介さずに位相変調素子５３Ｓに入射されても良い。つまり、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射するレーザ光が合成光学系５５を介さずに位相変調素子５３Ｓに入射するように、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ、コリメートレンズ５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂ、及び位相変調素子５３Ｓが配置されても良い。
【０１５８】
本実施形態では、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに供給される電力が調整されて、これら発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂごとに交互にレーザ光が出射される。つまり、発光素子５１Ｒがレーザ光を出射しているときは発光素子５１Ｇと発光素子５１Ｂはレーザ光を非出射とし、発光素子５１Ｇがレーザ光を出射しているときは発光素子５１Ｒと発光素子５１Ｂはレーザ光を非出射とし、発光素子５１Ｂがレーザ光を出射しているときは発光素子５１Ｒと発光素子５１Ｇはレーザ光を非出射とする。そして、このような発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂごとのレーザ光の出射が順次切り換えられる。このため、これら発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射する互いに波長帯域の異なるレーザ光が順次位相変調素子５３Ｓに入射し、位相変調素子５３Ｓは入射するレーザ光の位相分布を変調した光を順次出射する。このため、位相変調素子５３Ｓは発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂごとのレーザ光の出射の切り換りに同期して互いに波長帯域の異なる光を順次出射する。
【０１５９】
本実施形態の共通受光光学系５４Ｓは、分光部８０Ｓと、フーリエ変換レンズ８１Ｓと、イメージセンサ８２Ｓとを備える。分光部８０Ｓは、位相変調素子５３Ｓから出射する光を一部の光と他の一部の光に分離する。分光部８０Ｓで分離された一部の光がフーリエ変換レンズ８１Ｓに入射し、他の一部の光が共通受光光学系５４Ｓから出射して車両の外部に照射される。本実施形態の分光部８０Ｓにおける光の分離比は、一定とされている。
【０１６０】
フーリエ変換レンズ８１Ｓは、分光部８０Ｇで分離された一部の光を結像するレンズである。本実施形態のフーリエ変換レンズ８１Ｓは、入射面及び出射面が凸状に形成されたレンズとされる。
【０１６１】
イメージセンサ８２Ｓは、受光面で受光した光を電気信号に変換して出力する光学素子であり、光を受光する複数の受光部を有し、受光面に入射する光を二次元画像として制御部７１に出力する。イメージセンサ８２Ｓは、受光面がフーリエ変換レンズ８１Ｓの焦点または焦点近傍に位置するように配置され、フーリエ変換レンズ８１Ｓによって結像される光を受光する。このように位相変調素子５３Ｓから出射する光のうちの分光部８０Ｇで分離された一部の光がイメージセンサ８２Ｓで受光される。このため、イメージセンサ８２Ｓで受光される光の波長帯域は、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの波長帯域の一部である。
【０１６２】
次に、本実施形態の位相変調素子５３Ｓからの光の出射について説明する。具体的には、所定の配光パターンであるハイビームの配光パターンの光を前照灯１が出射する場合を例に説明する。
【０１６３】
本実施形態では、制御部７１は、上記のような発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂごとのレーザ光の出射の切り換りに同期して位相変調素子５３Ｓを制御する。このため、この位相変調素子５３Ｓは、入射するレーザ光の波長帯域に応じて当該レーザ光の位相分布を変調し、位相分布が変調された光が位相変調素子５３Ｓから出射される。また、制御部７１は、上記第１実施形態と同様に、記憶部７５に格納されるハイビームの配光パターンの画像に対応する所定の光の位相分布に基づいて、位相変調素子５３Ｓを制御する。具体的には、制御部７１は、位相変調素子５３Ｓに発光素子５１Ｒから出射するレーザ光が入射する場合には、位相変調素子５３Ｓから出射する光の位相分布が上記第１基準位相分布となるように位相変調素子５３Ｓを制御する。このため、位相変調素子５３Ｓに発光素子５１Ｒから出射するレーザ光が入射する場合、ハイビームの配光パターンの画像における赤色成分を抜き出した画像を投影するような配光パターンの光が位相変調素子５３Ｓから射する。また、制御部７１は、位相変調素子５３Ｓに発光素子５１Ｇから出射するレーザ光が入射する場合には、位相変調素子５３Ｓから出射する光の位相分布が上記第２基準位相分布となるように位相変調素子５３Ｓを制御する。このため、位相変調素子５３Ｓに発光素子５１Ｇから出射するレーザ光が入射する場合、ハイビームの配光パターンの画像における緑色成分を抜き出した画像を投影するような配光パターンの光が位相変調素子５３Ｓから射する。また、制御部７１は、位相変調素子５３Ｓに発光素子５１Ｂから出射するレーザ光が入射する場合には、位相変調素子５３Ｓから出射する光の位相分布が上記第３基準位相分布となるように位相変調素子５３Ｓを制御する。このため、位相変調素子５３Ｓに発光素子５１Ｂから出射するレーザ光が入射する場合、ハイビームの配光パターンの画像における青色成分を抜き出した画像を投影するような配光パターンの光が位相変調素子５３Ｓから射する。
【０１６４】
位相変調素子５３Ｓは、このように入射するレーザ光の波長帯域に応じて当該レーザ光の位相分布を変調することで、ハイビームの赤色成分の光と、ハイビームの緑色成分の光と、ハイビームの青色成分の光とを順次出射する。つまり、位相変調素子５３Ｓは、上記第１実施形態における第１の光ＤＬＲと第２の光ＤＬＧと第３の光ＤＬＢを順次出射する。これら光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢは、それぞれカバー５９の開口５９Ｈから出射し、フロントカバー１２を介して前照灯１の外部に順次照射される。このとき、第１の光ＤＬＲ、第２の光ＤＬＧ、及び第３の光ＤＬＢは、車両から所定の距離離れた焦点位置において、それぞれの光が照射される領域が互いに重なるように照射される。この焦点位置は、例えば車両から２５ｍ離れた位置とされる。なお、第１の光ＤＬＲ、第２の光ＤＬＧ、及び第３の光ＤＬＢは、この焦点位置においてそれぞれの光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが照射される領域の外形が概ね一致するように照射されることが好ましい。また、本実施形態では、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射されるレーザ光のそれぞれの出射時間の長さは概ね同じとされるため、光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢのそれぞれの出射時間の長さも概ね同じとなる。
【０１６５】
ところで、人の視覚の時間分解能よりも短い周期で色の異なる光が繰り返し照射される場合、人は残像現象によってこの異なる色の光が合成された光が照射されていると認識し得る。本実施形態において、発光素子５１Ｒがレーザ光を出射してから再度発光素子５１Ｒがレーザ光を出射するまでの時間が人の視覚の時間分解能よりも短くされた場合、人の視覚の時間分解能よりも短い周期で位相変調素子５３Ｓから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが繰り返し照射され、赤色の第１の光ＤＬＲと緑色の第２の光ＤＬＧと青色の第３の光ＤＬＢとが残像現象によって合成される。上記のように、この光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢのそれぞれの出射時間の長さは概ね同じであるととともに、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射されるレーザ光の強度は、所定の強度とされる。このため、残像現象によって合成される光の色は、第１実施形態における光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが合成された光と同じ白色となる。また、位相変調素子５３Ｓから出射するこれら光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢの位相分布は、ハイビームの配光パターンＰＨの画像に対応する基準位相分布となるようにされているため、白色のハイビームの配光パターンＰＨの光が前照灯１から出射する。
【０１６６】
発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂからレーザ光を繰り返し出射する周期は、残像現象によって合成される光のちらつきを感じることを抑制する観点から、１／１５ｓ以下とされることが好ましい。人の視覚の時間分解能は概ね１／３０ｓである。車両用灯具であれば、光の出射の周期が２倍程度であれば光のちらつきを感じることを抑制できる。この周期が１／３０ｓ以下であれば、人の視覚の時間分解能を概ね超える。従って、光のちらつきを感じることをより抑制できる。また、光のちらつきを感じることをより抑制する観点では、この周期は１／６０ｓ以下であることが好ましい。
【０１６７】
次に、本実施形態における制御部７１の位相分布生成処理について説明する。なお、本実施形態における位相分布生成処理における制御部の制御フローチャートは、第１実施形態と同様であるため、本実施形態における位相分布生成処理については図８を参照して説明する。また、第１実施形態における位相分布生成処理と同一または同様の処理については、特に説明する場合を除き、重複する説明は省略する。
【０１６８】
本実施形態では、制御部７１は、位相変調素子５３Ｓから光が出射されるタイミングに応じて、位相分布生成処理における第１画像取得処理及び第３画像生成処理を行う点で、上記第１実施形態における制御部７１と異なる。
【０１６９】
本実施形態では、目標画像生成部７３は、上記第１実施形態と同様に、前照灯１から投影させる目標画像の赤色成分の画像である第１目標画像、緑色成分の画像である第２目標画像、青色成分の画像である第３目標画像をそれぞれ算出する。制御部７１における位相分布生成処理は、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂごとに対して行われる。具体的には、制御部７１は、発光素子５１Ｒに対する位相分布生成処理における第１画像取得処理及び第３画像生成処理を、発光素子５１Ｒからの光が位相変調素子５３Ｓに入射しているときに行う。このため、位相変調素子５３Ｒから出射してイメージセンサ８２Ｒが受光する光の波長帯域は、発光素子５１Ｒから出射する光の波長帯域と同じとなる。このため、制御部７１がイメージセンサ８２Ｓによって取得する第１画像及び第３画像は、それぞれ発光素子５１Ｇから出射する光に対応する。制御部７１は、このようにして取得される第１画像及び第３画像を用いて、発光素子５１Ｒに対する目標位相分布を算出する。また、制御部７１は、発光素子５１Ｇに対する位相分布生成処理における第１画像取得処理及び第３画像生成処理を、発光素子５１Ｇからの光が位相変調素子５３Ｓに入射しているときに行う。このため、位相変調素子５３Ｓから出射してイメージセンサ８２Ｓが受光する光の波長帯域は、発光素子５１Ｇから出射する光の波長帯域と同じとなり、イメージセンサ８２Ｓによって取得される第１画像及び第３画像は、それぞれ発光素子５１Ｇから出射する光に対応する。制御部７１は、このようにして取得される第１画像及び第３画像を用いて、発光素子５１Ｇに対する目標位相分布を算出する。また、制御部７１は、発光素子５１Ｂに対する位相分布生成処理における第１画像取得処理及び第３画像生成処理を、発光素子５１Ｂからの光が位相変調素子５３Ｓに入射しているときに行う。このため、位相変調素子５３Ｓから出射してイメージセンサ８２Ｓが受光する光の波長帯域は、発光素子５１Ｇから出射する光の波長帯域と同じとなり、イメージセンサ８２Ｓによって取得される第１画像及び第３画像は、それぞれ発光素子５１Ｂから出射する光に対応する。制御部７１は、このようにして取得される第１画像及び第３画像を用いて、発光素子５１Ｇに対する目標位相分布を算出する。
【０１７０】
制御部７１は、それぞれの発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに対する位相分布生成処理を同時に行う。本実施形態では、制御部７１は、位相変調素子５３Ｓに入射する光の波長帯域に応じて、これら発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに対する位相分布生成処理を進める。具体的には、制御部７１は、発光素子５１Ｒからの光が位相変調素子５３Ｓに入射しているときに発光素子５１Ｒに対する位相分布生成処理における第１画像取得処理または第３画像生成処理を行う。また、制御部７１は、発光素子５１Ｇからの光が位相変調素子５３Ｓに入射しているときに発光素子５１Ｇに対する位相分布生成処理における第１画像取得処理または第３画像生成処理を行う。また、制御部７１は、発光素子５１Ｂからの光が位相変調素子５３Ｓに入射しているときに発光素子５１Ｂに対する位相分布生成処理における第１画像取得処理または第３画像生成処理を行う。つまり、制御部７１は、イメージセンサ８２Ｓが受光する光の切り換りに応じてイメージセンサ８２Ｓから画像を取得するため、それぞれの発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに対する目標位相分布を算出するまでにかかる時間を短くし得る。なお、それぞれの発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに対する目標位相分布を順次算出しても良い。例えば、発光素子５１Ｒに対する目標位相分布を算出した後、発光素子５１Ｇに対する目標位相分布を算出し、更にその後に発光素子５１Ｂに対する目標位相分布を算出しても良い。
【０１７１】
制御部７１は、算出したそれぞれの発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに対する目標位相分布に基づいて、位相変調素子５３Ｓを制御する。具体的には、制御部７１は、位相変調素子５３Ｓに発光素子５１Ｒからの光が入射する場合、位相変調素子５３Ｓから出射する光の位相分布が算出した発光素子５１Ｒに対する目標位相分布となるように位相変調素子５３Ｓを制御する。このように制御された位相変調素子５３Ｓから目標画像の赤色成分の光である第１の光ＤＬＲが出射される。また、制御部７１は、位相変調素子５３Ｓに発光素子５１Ｇからの光が入射する場合、位相変調素子５３Ｓから出射する光の位相分布が算出した発光素子５１Ｇに対する目標位相分布となるように位相変調素子５３Ｓを制御する。このように制御された位相変調素子５３Ｓから目標画像の緑色成分の光である第２の光ＤＬＧが出射される。また、制御部７１は、位相変調素子５３Ｓに発光素子５１Ｂからの光が入射する場合、位相変調素子５３Ｓから出射する光の位相分布が算出した発光素子５１Ｂに対する目標位相分布となるように位相変調素子５３Ｓを制御する。このように制御された位相変調素子５３Ｓから目標画像の青色成分の光である第３の光ＤＬＢが出射される。そして、これら光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが残像現象によって合成され、前照灯１によって目標画像が投影される。
【０１７２】
本実施形態の前照灯１では、上記のように、３つ発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂからの光が入射する位相変調素子５３Ｓから順次波長帯域の異なる光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが出射する。上記のように、人の視覚の時間分解能よりも短い周期で波長帯域の異なる光つまり色の異なる光が繰り返し照射される場合、人は残像現象によってこの異なる色の光が合成された光が照射されていると認識し得る。このため、人の視覚の時間分解能よりも短い周期でこの位相変調素子５３Ｓから波長帯域の異なる光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢが出射される場合には、この位相変調素子５３Ｓから出射する光を人の視覚的に合成させることができる。従って、本実施形態の前照灯１は、この位相変調素子５３Ｓから出射する光ＤＬＲ，ＤＬＧ，ＤＬＢによって所望の色の画像を投影し得る。
【０１７３】
また、本実施形態の前照灯１では、３つ発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射する光の位相分布を変調する位相変調素子を共通の位相変調素子とすることができるため、部品点数を減少し得る。
【０１７４】
また、本実施形態の前照灯１では、波長帯域の異なる光を出射する３つの発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに対してイメージセンサ８２Ｓが設けられ、これら発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂごとに目標位相分布が算出される。このため、制御部７１は、３つ発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射する光が入射する共通の位相変調素子５３Ｓを、当該位相変調素子５３Ｓに入射する光の波長帯域に応じて制御することができる。このため、本実施形態の前照灯１は、投影される画像に色のにじみが生じることを抑制し得る。また、本実施形態の前照灯１は、複数の色から構成される画像を投影し得る。
【０１７５】
なお、本実施形態では、３つの発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂが、これら発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂごとに交互に光を出射していた。しかし、少なくとも２つの発光素子が、当該発光素子ごとに交互に光を出射していれば良い。この場合、少なくとも２つの発光素子から出射する光が入射する位相変調素子から出射する光は残像現象によって合成され、この残像現象によって合成される光と他の位相変調素子から出射する光とが合成されて、所望の画像が投影される。また、この場合、少なくとも２つの発光素子から出射する光が入射する位相変調素子に対してイメージセンサが設けられることで、複数の色から構成される画像を投影し得る。
【０１７６】
また、本実施形態では、制御部７１における位相分布生成処理は、それぞれの発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに対して行われた。しかし、制御部７１における位相分布生成処理は、少なくとも１つの発光素子に対して行われていれば良い。この場合、制御部７１は、位相分布生成処理によって算出される目標位相分布から他の発光素子に対する目標位相分布を算出する。例えば、制御部７１は、位相分布生成処理によって算出される目標位相分布に、上記第３実施形態と同様の補正を施して、他の発光素子に対する目標位相分布を算出しても良い。
【０１７７】
以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１７８】
例えば、上記実施形態では、車両の前方に画像を投影する前照灯１を例に説明したが、車両用灯具が投影する画像は特に限定されない。
【０１７９】
また、上記実施形態では、位相分布生成処理は、第１制御処理と、第１画像取得処理と、第２画像算出処理と、第２位相分布算出処理と、第２制御処理と、第３画像取得処理と、第４画像算出処理と、第３位相分布算出処理と、入れ換え処理と、を含んでいた。しかし、位相分布生成処理は、これらの処理以外の処理を含んでいても良い。例えば、第２画像算出処理によって算出された第２画像と目標画像とを比較して、第２画像と目標画像との差異が所定の範囲内かどうかを判定する判定処理を含んでいても良い。この場合、制御部７１は、この差異が所定の範囲内の場合に位相分布生成処理を終了することとしても良く、位相分布生成処理における演算時間を短縮し得る。
【０１８０】
また、上記実施形態では、目標画像は、所定の配光パターンのうち一部の領域が暗くされた配光パターンの画像とされた。この場合、制御部７１は、位相分布生成処理の１サイクル目の第１画像を記憶部７５に格納されている所定の配光パターンの画像とし、位相分布生成処理の１サイクル目の第１制御処理と第１画像取得処理とを省略して位相分布生成処理を行っても良い。このような構成によれば、位相分布生成処理における演算時間を短縮し得る。また、この場合、目標画像は所定の配光パターンの画像と大きく異なるものではないため、位相分布生成処理が上記の判定処理を更に含むことで、位相分布生成処理における演算が収束するまでのサイクル数を低減し得る。このため、位相分布生成処理における演算時間を短縮し得る。
【０１８１】
また、上記第１実施形態及び第２実施形態では、発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂが互いに波長帯域の異なる光を出射し、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂのそれぞれに対してイメージセンサ８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂが設けられていた。しかし、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂのうち少なくとも１つに対して受光光学系が設けられても良い。このような構成によれば、所望の色の画像を投影し得る。なお、この場合、対応する受光光学系が設けられない位相変調素子に対する目標位相分布は、例えば、上記第３実施形態と同様にして、位相分布生成処理によって算出される目標位相分布から算出する。また、イメージセンサは、互いに波長帯域の異なる光を出射する発光素子５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂのうち少なくとも２つの発光素子にそれぞれ対応する少なくとも２つの位相変調素子ごとに設けられても良い。このような構成によれば、複数の色から構成される画像を投影し得る。なお、この場合、対応する受光光学系が設けられない位相変調素子に対する目標位相分布は、例えば、上記第３実施形態と同様にして、位相分布生成処理によって算出される目標位相分布から算出する。
【０１８２】
また、上記実施形態では、位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂ，５３Ｓは、反射型の位相変調素子とされた。しかし、位相変調素子は、二次元配列された複数のドットを含み、入射する前記光の位相を前記複数のドットごとに変調することができれば良い。例えば、位相変調素子は、液晶パネルであるＬＣＤ（Liquid Crystal display）や、シリコン基板上に複数の反射体が形成されたＧＬＶ（Grating Light Valve）とされも良い。ＬＣＤは、透過型の位相変調素子である。このＬＣＤは、上記の反射型の液晶パネルであるＬＣＯＳと同様に、各ドットにおいて液晶層を挟み込む一対の電極の間に印加される電圧を制御することで、各ドットから出射する光の位相の変化量が調整され、出射する光の配光パターンを所望の配光パターンにし得る。なお、この一対の電極は透明電極とされる。また、ＧＬＶは、反射型の位相変調素子である。このＧＬＶは、反射体のたわみを電気的に制御することによって、入射する光を回折して出射するとともに出射する光の配光パターンを所望の配光パターンにし得る。
【０１８３】
また、上記実施形態では、複数の変調部を有する位相変調素子５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂ，５３Ｓを例に説明した。しかし、変調部の数、大きさ、外形等は特に限定されるものではない。例えば、位相変調素子は１つの変調部を有し、この１つの変調部によって入射する光の位相分布を変調させても良い。
【０１８４】
また、上記第１実施形態から第４実施形態では、複数の発光素子とそれぞれの発光素子に一対一で対応する複数の位相変調素子とを備える光学系ユニット５０を例に説明した。しかし、複数の位相変調素子は、一体に形成されても良い。このような位相変調素子の構成として、位相変調素子が複数の発光素子のそれぞれに一対一で対応する複数の領域に分割される構成を挙げることができる。このような構成の位相変調素子は、それぞれの領域で当該領域に対応する発光素子から出射する光の位相分布を変調する。このような車両用灯具によれば、複数の位相変調素子が一体に形成されるため、部品点数を減少し得る。
【０１８５】
また、上記実施形態では、第１光学素子５５ｆは、第１の光ＤＬＲを透過すると共に第２の光ＤＬＧを反射することで第１の光ＤＬＲと第２の光ＤＬＧとを合成し、第２光学素子５５ｓは、第１光学素子５５ｆで合成された第１の光ＤＬＲ及び第２の光ＤＬＧを透過すると共に第３の光ＤＬＢを反射することで第１の光ＤＬＲと第２の光ＤＬＧと第３の光ＤＬＢとを合成した。しかし、例えば、第１光学素子５５ｆにおいて第３の光ＤＬＢと第２の光ＤＬＧとが合成され、第２光学素子５５ｓにおいて第１光学素子５５ｆで合成された第３の光ＤＬＢ及び第２の光ＤＬＧと第１の光ＤＬＲとが合成される構成とされても良い。この場合、上記実施形態において、発光素子５１Ｒ、コリメートレンズ５２Ｒ、及び位相変調素子５３Ｒと、発光素子５１Ｂ、コリメートレンズ５２Ｂ、及び位相変調素子５３Ｂとの位置が入れ替わる。また、上記実施形態において、所定の波長帯域の光を透過し、他の波長帯域の光を反射するバンドパスフィルタが第１光学素子５５ｆや第２光学素子５５ｓに用いられても良い。また、上記実施形態では、合成光学系５５は、それぞれの位相変調素子から出射する光を合成すれば良く、上記実施形態の構成や上記構成に限定されない。
【０１８６】
また、上記実施形態では、光学系ユニット５０は、第１の光ＤＬＲと第２の光ＤＬＧと第３の光ＤＬＢとを合成する合成光学系５５を備えていた。しかし、光学系ユニット５０は、合成光学系５５を備えていなくても良い。
【０１８７】
また、上記実施形態では、光の分離比が一定とされた分光部８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ，８０Ｓを例に説明した。しかし、分光部は、光の分離比を変化させることができるものであっても良い。分離比が可変の分光部としては、例えば入射角度を変えることで分離比を変化させることができるビームスプリッタと当該ビームスプリッタを回動させるアクチュエータとを有する装置が挙げられる。このような構成の場合、位相変調生成処理の少なくとも第３画像取得処理の際に、車両の外部に出射される光の強度が低下するように、分光部は分離比を変更しても良い。つまり、光が分光部で一部の光と他の一部の光とに分離され、この一部の光がイメージセンサで受光される場合、少なくとも第３画像取得処理の際に、分光部は、この他の一部の光に対するこの一部の光の分離比を、第１画像取得処理の際におけるこの分離比よりも大きくしても良い。この場合、車両の外部に出射される光の強度が低下され、目標画像と大きく異なる画像が目立ちにくくなり、運転者や車外の人間等が違和感を覚えることを抑制し得る。また、上記のように分光部が分離比を変更可能とされる場合、光源は、この分離比の変化に応じて出射する光の強度を調節することとしても良い。上記の分離比が大きくなることで、イメージセンサで受光される光の強度が増加される。しかし、この光源は、この分離比の変化に応じて出射する光の強度を調節する。このため、分離比の変化に応じてイメージセンサで受光される光の強度が増加することを抑制でき、イメージセンサに不具合が生じることを抑制し得る。なお、分光部の光の分離比が一定とされる場合であっても、位相変調生成処理の少なくとも第３画像取得処理の際に、光源は出射する光の強度を低下させても良い。この場合でも、目標画像と大きく異なる画像が目立ちにくくなり、運転者や車外の人間等が違和感を覚えることを抑制し得る。
【０１８８】
また、上記実施形態では、目標画像生成部７３によって前照灯１が投影する目標画像が算出されていた。しかし、目標画像は予め記憶部７５等に格納され、制御部７１がこの目標画像を読みだしても良い。また、目標画像は、外部、例えば車両の制御装置等から制御部７１に入力されても良い。
【０１８９】
また、上記実施形態では、灯具ユニット２０は光学系ユニット５０から出射する光が入射する結像レンズを含む結像レンズ系を備えていなかった。しかし、灯具ユニット２０は、結像レンズ系を備え、光学系ユニット５０から出射する光をこの結像レンズ系を介して出射させても良い。このような構成にすることで、画像を大きく投影し易くし得る。なお、ここでの広いとは、車両から所定の距離離れた鉛直面上に形成される配光パターンを比べた際に広いことを表している。
【０１９０】
また、上記実施形態では、複数の発光素子を有する光源と複数の位相変調素子を有する位相変調部とを備える光学系ユニット５０を例に説明した。しかし、光学系ユニットは、少なくとも１つ発光素子を有する光源と、少なくとも１つの位相変調素子を有する位相変調部とを備えれば良い。例えば、光学系ユニットは、白色のレーザ光を出射する１つの発光素子と、この発光素子から出射する白色のレーザ光が入射する１つの位相変調素子とを備えていても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１９１】
本発明によれば、所望の画像を投影するまでの時間を短縮し得る車両用灯具が提供され、自動車等の車両用灯具の分野において利用可能である。
【符号の説明】
【０１９２】
１・・・前照灯（車両用灯具）
１０・・・筐体
２０・・・灯具ユニット
５０・・・光学系ユニット
５１・・・光源
５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ・・・発光素子
５１Ｔ・・・テスト用発光素子
５３・・・位相変調部
５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂ，５３Ｓ・・・位相変調素子
５３Ｔ・・・テスト用位相変調素子
５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂ・・・受光光学系
５５・・・合成光学系
５５ｆ・・・第１光学素子
５５ｓ・・・第２光学素子
７１・・・制御部
８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ，８０Ｓ・・・分光部
８１Ｒ，８１Ｇ，８１Ｂ，８１Ｓ，８１Ｔ・・・フーリエ変換レンズ
８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂ，８２Ｓ，８２Ｔ・・・イメージセンサ
８５・・・投影レンズ
【図１】
2020044999.tif 000003
【図２】
2020044999.tif 000004
【図３】
2020044999.tif 000005
【図４】
2020044999.tif 000006
【図５】
2020044999.tif 000007
【図６】
2020044999.tif 000008
【図７】
2020044999.tif 000009
【図８】
2020044999.tif 000010
【図９】
2020044999.tif 000011
【図１０】
2020044999.tif 000012
【図１１】
2020044999.tif 000013
【図１２】
2020044999.tif 000014
【図１３】
2020044999.tif 000015