(57)【要約】【課題】光源の光量を有効に利用可能となる配光切り替え方法を小型かつ軽量な灯具の構成によって実現可能な技術を提供する。【解決手段】光線を照射する光源と、光源からの光線を反射する反射板と、非偏光の光線を偏向する液晶レンズとを備え、液晶レンズが、光源及び反射板からの光線が入射する側の平面基板と、平面基板における光線の入射面とは異なる面に形成される第１の透明電極と、第１の透明電極を透過した光線が入射するプリズム基板と、プリズム基板の第１の基板との対向面に形成され液晶レンズが形成する面の法線方向にほぼ沿った第１の面とこの第１の面とは異なる方向にほぼ沿った第２の面とからなるプリズムと、プリズム基板における光線の入射面に形成される第２の透明電極と、プリズム基板及び平面基板の間の液晶層に挟持されこの液晶層への電圧の印加に応じて配列方向が定められる液晶分子とを有する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を照射する光源と、
前記光源からの光線を反射する反射板と、
非偏光の前記光線を偏向する液晶レンズと、を備え、
前記液晶レンズが、
前記光源及び反射板からの前記光線が入射する側の平面基板と、前記平面基板における前記光線の入射面とは異なる面に形成される第１の透明電極と、前記第１の透明電極を透過した前記光線が入射するプリズム基板と、前記プリズム基板の前記第１の基板との対向面に形成され前記液晶レンズが形成する面の法線方向にほぼ沿った第１の面と前記第１の面とは異なる方向にほぼ沿った第２の面とからなるプリズムと、前記プリズム基板における前記光線の入射面に形成される第２の透明電極と、前記プリズム基板及び前記平面基板の間の液晶層に挟持されこの液晶層への電圧の印加に応じて配列方向が定められる液晶分子と、を有する、車両用灯具。
【請求項２】
前記液晶レンズが形成する面の法線方向と前記偏向された光線の照射方向とを含む面を第１の基準面とし、前記液晶レンズが形成する面の法線を含み前記第１の平面と直交する面を第２の基準面とし、
前記光線の偏向方向を正方向とした角度座標系において、
前記第１の面と前記第２の基準面とが成す角度が０度から−１０度であり、
前記第２の面と前記第２の基準面とが成す角度が＋３５度から＋５５度であり、
前記プリズムが５μｍから１００μｍの間隔で配列された、請求項１に記載の車両用灯具。
【請求項３】
前記液晶分子には、誘電率異方性が負の液晶が用いられており、
前記平面基板と前記プリズム基板の対向面には垂直配向用配向膜が設けられかつ少なくともいずれか一方の面にはラビングを含む配向処理が施されていない、請求項１または２に記載の車両用灯具。
【請求項４】
前記液晶分子に印加する電圧に応じて当該液晶分子の配向が連続的に変化する、請求項１から３のいずれかに記載の車両用灯具。
【請求項５】
前記プリズムが、
ほぼ円周状の稜線を有する、請求項１から３のいずれかに記載の車両用灯具。
【請求項６】
前記プリズムの配列方向が、
前記光源からの前記光線の照射方向を中心とした水平方向である、請求項１から３のいずれかに記載の車両用灯具。
【請求項７】
前記プリズムの配列方向が、
前記光源からの前記光線の照射方向を中心とした鉛直方向である、請求項１から３のいずれかに記載の車両用灯具。
【請求項８】
前記液晶レンズが、
複数の区画に分かれており、前記複数の区画ごとに前記プリズムが異なる方向に配列しかつ前記透明電極が前記複数の区画毎に分割して設けられている、請求項１から３のいずれかに記載の車両用灯具。
【請求項９】
前記光源がＬＥＤである、請求項１から６のいずれか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、光学素子を用いた車両用灯具の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から車両用灯具の一態様である車両用前照灯の光源としては、例えばハロゲンランプなどの白熱電球あるいはメタルハライドランプなどの高圧放電灯が知られている。
【０００３】
近年、車両用前照灯の分野において、上述のような白熱電球や放電灯に替えて、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）とも称する）を光源として用いることが考えられている。ＬＥＤを光源として用いることによって、小型かつ軽量な前照灯を提供することが可能となる。また、ＬＥＤは、上記の従来の光源に対して高寿命かつ低消費電力であるので、新たな前照灯用光源として期待されている。
【０００４】
ところで、車両用前照灯は、走行用配光とすれ違い用配光との二種類の配光を得ることが要求される。このような配光の切り替え方法には、例えば以下のような方法があった。第１の切り替え方法としては、走行用配光に対応した光源とすれ違い用配光に対応した光源との二種類の光源を用いてそれぞれの配光に応じて光源を切り替えることが考えられる。この方法は白熱電球を用いた前照灯でよく用いられている。
【０００５】
また、第２の切り替え方法としては、二種類の配光を切り替えるために可動式の遮光部を用いることが考えられる。この方法は放電灯を用いた前照灯によく用いられている。
【０００６】
しかしながら、上述の配光の切り替え方法を用いた場合には、二種類の光源または可動式の遮光部を用意するため、前照灯全体としての構成要素が大きくかつ重量も嵩んでしまっていた。その結果、上述の切り替え方法を用いた前照灯は、小型かつ軽量というＬＥＤ光源の利点が減じてしまうことが考えられた。
【０００７】
そこで、ＬＥＤ光源特有の利点を活用するための配光切り替え方法として、液晶光学素子を用いて配光を制御することが考えられている。このような液晶光学素子に関連する先行技術として、例えば下記の特許文献１に開示される技術がある。この先行技術では、偏光板と液晶素子とを用いて入射した光線の照射方向を変更する旨が開示されている。
【特許文献１】特表２００２−５２３８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来の技術には、例えば以下のような問題があった。
すなわち、従来の技術は偏光板を用いるため、実際に照射される光線の光量が減少してしまっていた。このような偏光板による光量の減少は、限られた光量を有効に利用する必要性の高いＬＥＤ光源を車両用前照灯に用いる際には、その実用化に対する問題となっていた。
【０００９】
本発明は上記事項に鑑みられてなされたものである。すなわち、その課題は、光源の光量を有効に利用可能となる配光切り替え方法を小型かつ軽量な灯具の構成によって実現可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するため、以下の手段とした。
【００１１】
すなわち、本発明は、光線を照射する光源と、前記光源からの光線を反射する反射板と、非偏光の前記光線を偏向する液晶レンズと、を備え、前記液晶レンズが、前記光源及び反射板からの前記光線が入射する側の平面基板と、前記平面基板における前記光線の入射面とは異なる面に形成される第１の透明電極と、前記第１の透明電極を透過した前記光線が入射するプリズム基板と、前記プリズム基板の前記第１の基板との対向面に形成され前記液晶レンズが形成する面の法線方向にほぼ沿った第１の面と前記第１の面とは異なる方向にほぼ沿った第２の面とからなるプリズムと、前記プリズム基板における前記光線の入射面に形成される第２の透明電極と、前記プリズム基板及び前記平面基板の間の液晶層に挟持されこの液晶層への電圧の印加に応じて配列方向が定められる液晶分子とを有する。
【００１２】
本発明は、光源からの光線及び反射板によって反射された光線に対して配向を行う液晶レンズを備える。この本発明の液晶レンズは、プリズム基板及びガラス基板によって液晶分子を挟持する。また、本発明の液晶レンズは、プリズム基板とガラス基板との間に挟持された液晶分子に対する電圧の印加状況を変化させることによって、照射された光線を偏向する。そして、このように光線を偏向することによって、本発明の液晶レンズは走行用配光及びすれ違い用配光を生成する。さらに、本発明の液晶レンズは、偏光方向が制限されていない光線について偏向する。すなわち、本発明の液晶レンズは、通常の液晶表示素子などとは異なり偏光板を用いない。
【００１３】
以上のように、本発明によれば、液晶レンズの液晶の動作によって光線を偏向するため、機械的な動作部または配光に応じた光源を用意することなく配光の切り替えを行うことができる。また、本発明によれば、液晶レンズに偏光板を用いないため、偏光板による光線の損失が生じない。従って、本発明によれば、光源からの光量を有効に利用可能な配光の切り替え方法を小型かつ軽量な灯具の構成によって実現することができる。
【００１４】
また、本発明は、液晶レンズが形成する面の法線方向と前記偏向された光線の照射方向とを含む面を第１の基準面とし、前記液晶レンズが形成する面の法線を含み前記第１の平面と直交する面を第２の基準面とし、前記光線の偏向方向を正方向とした角度座標系において、前記第１の面と前記第２の基準面とが成す角度が０度から−１０度であり、前記第２の面と前記第２の基準面とが成す角度が＋３５度から＋５５度であり、前記プリズムの配列間隔が５μｍから１００μｍであってもよい。
【００１５】
また、本発明は、液晶分子には誘電率異方性が負の液晶を用い、前記平面基板と前記プリズム基板の対向面には垂直配向用配向膜が設けられかつ少なくともいずれか一方の面にはラビングを含む配向処理が施されていない構成としてもよい。
【００１６】
このようにすることで、本発明は、電圧を印加しないときと電圧を印加したときで異なった方向に入射した光線を偏向することができる。また、本発明は、光線を偏向する際には入射した光線のうち直交する偏光成分のうちいずれか一方の偏光成分を偏向することができる。
【００１７】
また、本発明は、液晶分子に印加する電圧に応じて当該液晶分子の配向が連続的に変化するようにしてもよい。
【００１８】
このようにすることで、本発明は、電圧の印加に応じて連続的に液晶分子の配向が変化するため、例えば車両の操舵角に応じて連続的に照射方向を変化させるような用途に対して有効に適用することができる。
【００１９】
また、本発明は、プリズムがほぼ円周状の稜線を有してもよい。
【００２０】
このようにすることで、本発明は、適切なプリズムと組み合わせることにより液晶分子への電圧印加を制御することで照射する光線の散光及び集光を作り出すことができる。
【００２１】
また、本発明は、プリズムの配列方向が、光源からの光線の照射方向を中心とした水平方向であってもよい。
【００２２】
このようにすることで、本発明は、車両用灯具のうち前照灯に要求される走行用配光とすれ違い配光とを制御することができる。また、本発明は、車両の上下（ピッチ）方向の姿勢変化に応じた照射方向の制御を行うことができる。
【００２３】
また、本発明は、プリズムの配列方向が、光源からの光線の照射方向を中心とした鉛直方向であってもよい。
【００２４】
このようにすることで、本発明は、車両の進行方向に応じて配光を制御するような用途、例えばポジションランプとコーナリングランプとを切り替える用途、及びＡＦＳ（Adaptive Front Lighting System）のように車両の操舵角に応じて配光を変化させる用途などに利用することができる。
【００２５】
さらに、本発明は、光源がＬＥＤであってもよい。
【００２６】
このようにすることで、本発明は、偏光板や遮光部を用いないため、ＬＥＤを光源とした場合には、光源によって得られる限られた光量を有効かつ確実に利用することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明によれば、光源の光量を有効に利用可能となる配光切り替え方法を小型かつ軽量な灯具の構成によって実現可能な技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。以下の実施の形態の構成は例示であり、本発明は実施の形態の構成に限定されない。
【００２９】
<本実施形態の原理>
まず、本発明の車両用灯具の一実施の形態である、車両用前照灯の原理について説明する。なお、以下の本実施の形態では本発明を車両用前照灯に適用した一例について説明を行うが、本発明の車両用灯具は前照灯としての用途には限定されないのは言うまでもない。
【００３０】
図１は、本実施の形態の原理を説明するための実験に係る、実験装置１００の構成を示す概略図である。本発明に先立ち、本発明者らはこの実験装置１００を用いて入射光と液晶素子のプリズムのグレーティング溝との関係による、出射光のスポット位置の変化を検証した。図１を参照すれば、実験装置１００は、光線を照射するHe-Neレーザ１１０、入射した光線を偏向する液晶素子１２０、液晶素子１２０を駆動するための電圧を印加するアンプ（AMP）１３０及びオシレータ（OSC）１４０、偏向された光線を投影するスクリーン１５０、スクリーン１５０に投影されたスポットを撮影するCCD（Charge Coupled Device）カメラ１６０、He-Neレーザ１１０から照射された光線を偏光方向毎に分離する偏光板１７０によって構成されている。なお、この偏光板１７０は、偏光方向毎の光線の偏向特性を検証するために偏光方向を自由に設定できるようにするために用いる。すなわち、非偏光を偏向する本発明の車両用灯具の液晶レンズにおいて、偏光板は必須な構成ではなく、これを除いて上記液晶レンズを構成してもよい。
【００３１】
実験装置１００を用いて、本発明者らは、He-Neレーザ１１０から照射されてスクリーン１５０に投影されるレーザのスポット位置と、液晶素子１２０への印加電圧の変化との関係について検証した。
【００３２】
図２は、実験装置１００における入射光の偏光方向と液晶素子１２０のグレーティング溝の方向との関係、及び入射光の進行方向と液晶素子１２０との角度の関係を示した図である。
【００３３】
本実験では、入射光の偏光方向と液晶素子１２０のグレーティング溝の方向との角度が垂直と平行の場合について検証した。このような検証を行うために、本実験では、偏光板１７０によって、入射光を水平方向と鉛直方向との２種類の偏光方向に分離することで、それぞれの偏光方向を生成した。
【００３４】
図２０は、本実験で用いる液晶素子１２０のプリズム部１２１を示す図である。プリズム部１２１は、断面が三角形状であり、三角形の頂点（プリズム１２１部の突出している稜線部分）によって形成される凸部１２２及び他の頂点同士がつながる凹部１２３を形成する。また、プリズム１２１は、この凸部１２２及び凹部１２３が所定数連なって形成されている。そして、本実験及び実施の形態において、プリズム１２１の凸部１２２及び凹部１２３によって形成される稜線及び溝部による溝をグレーティング溝と称する。
【００３５】
また、本実験では、入射光の進行方向と液晶素子１２０の表面が形成する面とが直角に交わる場合と４５度の角度をもって交わる場合とについて検証した。なお、本実験において、上記入射光と液晶素子１２０とが４５度で交わる場合を斜め入射とも称する。
【００３６】
そして、本実験では、これらの条件を組み合わせて、計４種類の条件についてレーザのスポットの動きを検証した。なお、図２に示すように、これら４種類の条件を便宜上条件１から条件４と称する。
【００３７】
図３は、条件１（鉛直偏光を垂直入射）の場合における、液晶素子１２０への印加電圧の変化に対する出射光のスポット位置の変化を示す図である。条件１では、印加電圧を０Ｖから１００Ｖまで変化させたところ、スポット位置がおよそ２．５ｃｍ下方に移動した。
【００３８】
図４は、条件１の場合における、スポット位置の変化量から出射光の降下角度を求めた図である。図４のように、液晶素子１２０からスクリーン１５０までの距離を２０ｃｍとして出射光の降下角度を求めている。照射距離とスポット位置の移動量とから、照射されたレーザの降下角度θがおよそ７．１度とわかる。なお、図示しないものの、条件２（水平偏光を垂直入射）の場合には、印加電圧を０Ｖから１００Ｖまで変化させたもののスポット位置は移動しなかった。
【００３９】
図５は、条件３（鉛直偏光を斜め入射）の場合における、液晶素子１２０への印加電圧の変化に対する出射光のスポット位置の変化を示す図である。条件３では、印加電圧を０Ｖから１００Ｖまで変化させたところ、スポット位置がおよそ４ｃｍ下方に移動した。
【００４０】
図６は、条件３の場合における、スポット位置の変化量から出射光の降下角度を求めた図である。図６のように、液晶素子１２０からスクリーン１５０までの距離を２０ｃｍとして出射光の降下角度を求めている。照射距離とスポット位置の移動量とから、照射されたレーザの降下角度θがおよそ１１．４度とわかる。なお、図示しないものの、条件４（水平偏光を斜め入射）の場合には、印加電圧を０Ｖから１００Ｖまで変化させたもののスポット位置は移動しなかった。
【００４１】
以上の条件１から４までの実験を行った結果、照射された光の偏光方向と液晶素子１２０のグレーティング溝とを直角に交わらせたとき（グレーティング溝の溝方向に垂直偏光を照射したとき）に印加電圧を変化させることによって、液晶素子１２０は、光の偏向を実現できることがわかった。また、以上の条件の実験では、照射された光と液晶素子１２０とに角度を与える（斜め入射を行う）ことによって、液晶素子１２０は、液晶素子１２０に垂直に入射させた場合と比較して大きな角度の偏向が実現できることがわかった。
【００４２】
<実施の形態の構成>
以上の実験に基づいた本発明の原理を踏まえ、本発明の一実施の形態である車両用前照灯１について説明する。
【００４３】
図７は、車両用前照灯１の正面図である。本実施の形態において車両用前照灯１は、走行用配光（ハイビーム）及びすれ違い配光（ロービーム）の２種類の配光を得られる前照灯である。この場合、液晶レンズ３０のグレーティング溝３１は水平方向に形成されている。
【００４４】
図８は、グレーティング溝３１に対して垂直方向から見た車両用前照灯１の断面（図７の正面図Ａ−Ａ断面）図の一例である。車両用前照灯１は、例えばＬＥＤなどの発光素子、ハロゲンランプなどの白熱電球あるいはメタルハライドランプなどの高圧放電灯などを用いた光源１０、反射鏡２０、液晶レンズ３０によって構成される。液晶レンズ３０は、ガラス基板４０及びプリズム基板５０、並びに双方の基板の間の液晶層７０に挟持されている液晶分子６０によって構成される。液晶レンズ３０は、表示用の液晶光学素子に備えられる偏光板を用いない。すなわち、本実施の形態に係る車両用前照灯１の液晶レンズ３０は、プリズム基板５０及び液晶分子６０による偏向操作によって、照射する光線の配光を制御する。このため、液晶レンズ３０は、偏光板を介することなく光線を照射するため、偏光を行う際の光量の減少を抑制して光源の光量を有効に利用することができる。
【００４５】
ガラス基板４０には、プリズム基板５０と対向する側の表面に、ガラス基板側透明電極４１とガラス基板側配向膜４２とが形成される。プリズム基板５０には、ガラス基板４０と対向する側の表面に、プリズム基板側透明電極５１とプリズム基板側配向膜５２とが形成される。
【００４６】
ガラス基板側透明電極４１及びプリズム基板側透明電極５１は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電性酸化物の材料を用いて形成される。また、ガラス基板側配向膜４２及びプリズム基板側配向膜５２は、本実施形態においては垂直配向膜である。そのため、ガラス基板側配向膜４２及びプリズム基板側配向膜５２は、一般的な配向処理（ラビング処理）を行わない。
【００４７】
図９は、グレーティング溝３１に対して垂直方向から見たプリズム部５３の断面図である。プリズム基板５０は、例えばアクリル系ＵＶ（紫外線）硬化性樹脂などの樹脂を用いて作られている。また、プリズム基板５０の屈折率ｎは、特に限定されないが、本実施の形態においてはｎ＝１．５１である。プリズム基板５０のプリズム部５３は、液晶レンズ３０が形成する面の法線方向（以下、この法線を単に法線とも称する）にほぼ沿った第１の面５３ａと第１の面とは異なる方向にほぼ沿った第２の面５３ｂとからなる。光線の偏向する方向を正としたときに法線と第１の面との角度θ１は、０度から−１０度の間が望ましく、本実施の形態ではθ１＝−７度としている。また、法線と第２の面との角度θ２は、＋３５度から＋５５度の間が望ましく、本実施の形態ではθ２＝＋５１度としている。
【００４８】
また、プリズム部５３の個々のプリズムの間隔（プリズムピッチ）ｐは、５μｍから１００μｍの間が望ましく、本実施の形態ではｐ＝６０μｍとしている。
【００４９】
液晶分子６０は、液晶レンズ３０におけるガラス基板４０とプリズム基板５０とが対向する部分に形成される液晶層７０内に充填されている。液晶層７０の間隔（セルギャップ）は、特に限定はされないが本実施の形態では例えば７５μｍとしている。
【００５０】
液晶分子６０は、特に限定はされないが本実施の形態では、誘電率の異方性を示す値がΔε<０のものを用いる。さらに、液晶分子６０は、特に限定はされないが本実施の形態では、例えば長軸方向のベクトルを有する偏光に対する屈折率ｎｅ＝１．７６８とし、短軸方向のベクトルを有する偏光に対する屈折率ｎｏ＝１．５１９とする。このｎｅ及びｎｏから、液晶分子６０の屈折率異方性は、Δｎ＝０．２４９となる。
【００５１】
図１０は、液晶レンズ３０において、液晶分子６０の向きによって偏向される光線の様子を示す概略図である。液晶分子６０は、液晶層７０間に印加される電圧によってこの液晶層７０内での配列が変更される。すなわち、液晶分子６０は、上述のように誘電率異方性がΔε<０の場合には、液晶層７０間に電圧が印加されない状態では、垂直配向膜により規制されることにより液晶レンズ３０の表面と液晶分子６０の長軸との関係が図１０（ａ）のように垂直の位置となる。また、液晶層７０間に電圧が印加された状態では、液晶レンズ３０の表面と液晶分子６０の長軸との関係が図１０（ｂ）のように平行の位置になる。なお、本実施の形態では便宜上誘電率異方性がΔε<０の液晶分子６０を用いたが、本発明の液晶レンズではΔε>０の液晶分子を水平配向膜とともに用いてもよい。すなわち、液晶分子６０の誘電率異方性がΔε>０の場合には、液晶層７０間に電圧が印加されない状態では液晶分子６０の長軸は図１０（ｂ）のように液晶レンズ３０の表面と平行の位置になり、液晶層７０間に電圧が印加された状態では液晶分子６０の長軸は図１０（ａ）のように液晶レンズ３０の表面と垂直の位置になる。なお、本実施の形態においてガラス基板４０及びプリズム基板５０には配向膜を設けているが、本発明の車両用前照灯の液晶レンズのガラス基板及びプリズム基板には、Δεが正の液晶材料を用いる場合には配向膜を設けなくともよい。
【００５２】
上述のような特性を有する液晶分子６０を用いることで、液晶レンズ３０は、図１０中（ａ）のように液晶分子６０が液晶レンズ３０と垂直の位置（光線の向きとは平行の位置）にあるときには、プリズム基板を構成するアクリル樹脂と液晶分子との屈折率がほぼ等しく、光線は偏光方向に関わらずほぼ直進して出光する。これに対して、図１０中（ｂ）のように液晶分子６０が液晶レンズ３０と平行の位置（光線の向きとは垂直の位置）にあるときには、前述の実験結果より明らかになったように光線は偏光方向によって異なる方向に出光する。
【００５３】
すなわち、図１０中（ｂ）の場合には、グレーティング溝３１に垂直な偏光は液晶分子６０とプリズム基板５０との屈折率の関係によって屈折して矢印Ａ方向に出光し、グレーティング溝３１に平行な偏光はほぼ屈折せず矢印Ｂ方向に出光する。
【００５４】
図１１は、図１０（ｂ）の場合における偏光方向による出光方向の違いを立体的に模式した図である。不図示の光源と反射鏡２０とから出射された垂直偏光Ａ１と平行偏光Ｂ１とは、液晶レンズ３０によって偏向されて矢印Ａ２方向とＢ２方向とに出光されて、領域Ａ及びＢを照射する。
【００５５】
以上のように、車両用前照灯１は、液晶レンズ３０の液晶分子６０に電圧を印加することによって、２つの方向への出光を得られる。そして、車両用前照灯１は、この２方向の出光が上下方向に移動するように出光方向を変化させて用いることができる。すなわち、車両用前照灯１は、この２方向の出光を、車両用前照灯として要求されるすれ違い配光と走行用配光として用いることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態の構成では、液晶レンズ３０によって生成される２つの方向の出光を上下方向に利用することですれ違い配光と走行用配光としていたが、本発明の車両用前照灯ではこれに限定されない。
【００５７】
<動作例>
次に、車両用前照灯１による配光制御の動作の一例について説明する。
【００５８】
図１２は、車両用前照灯１において、液晶レンズ３０の液晶分子６０に電圧を印加していない状態を示す縦断面図である。この状態の車両用前照灯１によれば、光源１０及び反射鏡２０から出射された光線は、液晶レンズ３０をそのまま透過した出射光を得られる。従って、車両用前照灯１は、液晶分子６０に電圧を印加してない場合にはすれ違い配光を得られる。
【００５９】
図１３は、車両用前照灯１において、液晶レンズ３０の液晶分子６０に電圧を印加した状態を示す縦断面図である。この状態の車両用前照灯１によれば、光源１０及び反射鏡２０から出射された光線は、上述の実施の形態の構成で説明したように液晶レンズ３０内の液晶分子６０によって垂直偏光が図中上方に屈折して出光し、平行偏光がそのまま透過して出光する。そのため、車両用前照灯１は、液晶分子６０に電圧を印加した場合には上向きの走行用配光を得られる。
【００６０】
図１４及び図１５は、光源１０及び反射鏡２０から照射された光線に対して所定の角度を持たせて液晶レンズ３０を配置した場合の一例を示す図である。本発明の原理で説明したように、車両用前照灯１は、照射された光線に対して液晶レンズ３０を所定の角度を持たせて配置することによって、液晶分子６０への電圧の印加時により大きな角度の出光を得られる。
【００６１】
図１６及び図１７は、液晶レンズ３０のプリズム基板５０のプリズム部５３の角度を、所定位置を境界として変更した車両用前照灯１の一例を示している。この場合、液晶レンズ３０は、光源１０から液晶レンズ３０へ垂直に引かれた線を境界としてプリズム部５３の角度θ１及びθ２を持たせる方向を逆方向にしている。このようにすることによって、車両用前照灯１は、液晶分子６０への電圧印加時に液晶分子６０とプリズム基板５０とによって得られる屈折角が異なるため、図１７のように広く拡散した配光を得られる。
【００６２】
なお、本発明においてΔε>０の液晶と水平配向膜を組み合わせて用いた場合には、電圧印加と照射方向の移動の関係が逆となり、電圧印加時にほぼ直進光、電圧不印加時に２方向の出光となる。
【００６３】
<変形例>
本実施の形態に係る車両用前照灯は、上記の構成に限定されることなく、例えば以下のようにすることも可能である。
【００６４】
本実施形態に係る車両用前照灯は、上述のように本発明の車両用灯具の実施形態の一例である。すなわち、この車両用前照灯は、例えば室内灯や車幅灯（ポジションランプ）あるいはコーナリングランプなど、前照灯以外の様々な車両用灯具に適用することができる。
【００６５】
本実施の形態において、車両用前照灯は、グレーティング溝を水平方向にすることによって、走行用配光とすれ違い配光とを得ていたが、本発明の車両用前照灯の配光の方向はこれに限定されない。例えば、配光の方向を左右方向など様々な方向にすることができる。
【００６６】
図１８は、グレーティング溝を垂直にした場合の車両用前照灯１ａの正面図の一例である。このように液晶レンズ３０ａのグレーティング溝３１ａを垂直方向にすることによって、車両用前照灯１ａは、配光を左右方向に切り替えることができる。すなわち、２つの出光を進行方向から見て左右方向に用いることによって、車両用前照灯は、この２つの出光を例えばポジションランプとコーナリングランプとを切り替える用途、及びＡＦＳ（Adaptive Front Lighting System）のように車両の操舵角に応じて配光を変化させる用途などに利用することができる。
【００６７】
図１９は、グレーティング溝を円周状にした車両用前照灯１ｂの正面図の一例である。このように液晶レンズ３０ｂのグレーティング溝３１ｂを円周状にして液晶分子の電圧印加によって配光特性を制御することによって、例えば以下のような配光を提供することができる。すなわち、液晶レンズ３０ｂの液晶分子による偏光の屈折がない状態では、車両用前照灯１ｂは、リフレクタ形状に依存した配光を行う。また、液晶分子による偏光の屈折がある状態では、偏光の屈折が制御されて拡散光または収束光を得ることができる。このような配光制御を行う場合には、車両用前照灯は、例えば屋内照明や屋外照明などの車両用以外の他の汎用照明としての用途にも適用可能なものとすることができる。
【００６８】
また、本実施の形態において、液晶レンズ３０のプリズム基板５０及びガラス基板４０は、光源１０側にガラス基板４０を配置していたが、本発明の車両用灯具の液晶レンズにおいてプリズム基板と透明電極を有するガラス基板との配置はこれに限定されない。すなわち、液晶レンズ３０において、光源１０側にプリズム基板５０を配置するような構成であってもよい。このとき、光源１０からの光線は、プリズム基板５０に入光しガラス基板４０から出光するようになる。この場合には、プリズム基板のプリズムを構成する面の角度を、本実施の形態の液晶レンズ３０と同様の効果が得られる値を採るように適宜構成することは言うまでもない。
【００６９】
<その他の実施の形態>
本発明の車両用灯具は、以下の構成の組合せによっても特定することができる。
【００７０】
（１）光線を照射する光源と、前記光源からの光線を反射する反射板と、非偏光の前記光線を偏向する液晶レンズと、を備え、前記液晶レンズが、前記光源及び反射板からの前記光線が入射する側の平面基板と、前記平面基板における前記光線の入射面とは異なる面に形成される第１の透明電極と、前記第１の透明電極を透過した前記光線が入射するプリズム基板と、前記プリズム基板の前記第１の基板との対向面に形成され前記液晶レンズが形成する面の法線方向にほぼ沿った第１の面と前記第１の面とは異なる方向にほぼ沿った第２の面とからなるプリズムと、前記プリズム基板における前記光線の入射面に形成される第２の透明電極と、前記プリズム基板及び前記平面基板の間の液晶層に挟持されこの液晶層への電圧の印加に応じて配列方向が定められる液晶分子と、を有する、車両用灯具。
【００７１】
（２）前記液晶レンズが形成する面の法線方向と前記偏向された光線の照射方向とを含む面を第１の基準面とし、前記液晶レンズが形成する面の法線を含み前記第１の平面と直交する面を第２の基準面とし、前記光線の偏向方向を正方向とした角度座標系において、前記第１の面と前記第２の基準面とが成す角度が０度から−１０度であり、前記第２の面と前記第２の基準面とが成す角度が＋３５度から＋５５度であり、前記プリズムが５μｍから１００μｍの間隔で配列された、（１）に記載の車両用灯具。
【００７２】
（３）前記液晶分子には、誘電率異方性が正の液晶が用いられており、前記平面基板と前記プリズム基板の対向面には配向膜が設けられていない、及び／または前記平面基板と前記プリズム基板の対向面に水平配向用配向膜が設けられかつ少なくともいずれか一方の面にはラビングを含む配向処理が施されていない、（１）または（２）に記載の車両用灯具。
【００７３】
<本実施の形態の効果> 
本実施の形態に係る車両用前照灯によれば、例えば以下のような効果を得ることができる。
【００７４】
本実施の形態に係る車両用前照灯によれば、従来の機械的な動作機構を用いた配光制御方法及び配光に応じた個別の光源を用いた配光制御方法のいずれの方法と比較して、前照灯全体の構成を小型化することができる。また、本実施の形態に係る車両用前照灯によれば、上記いずれの配光制御方法と比較して、前照灯全体の構成による重量を軽減することができる。
【００７５】
また、本実施の形態に係る車両用前照灯によれば、液晶レンズによる偏光を利用して照射するため、反射光の軽減、路面の凹凸などの視認性の向上などの偏光を用いることによる様々な効果を得ることができる。
【００７６】
また、本実施の形態に係る車両用前照灯によれば、偏光板を用いないため、偏光板を用いた偏光制御方法と比較して、光量の確保が容易に行うことができる。
【００７７】
なお、本実施の形態に係る車両用前照灯は、外光または照明光に含まれる紫外線による液晶の劣化を防ぐために、ＵＶカットフィルターなどの紫外線吸収素材により液晶を保護することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本実施の形態の原理を説明するための実験に係る、実験装置の構成を示す側面図である。
【図２】実験装置における入射光の偏光方向と液晶素子のグレーティング溝の方向との関係、及び入射光の進行方向と液晶素子との角度の関係を示した図である。
【図３】条件１の場合における、液晶素子への印加電圧の変化に対するスポット位置の変化を示す図である。
【図４】条件１の場合における、スポット位置の変化量から出射した偏光の降下角度を求めた図である。
【図５】条件３の場合における、液晶素子への印加電圧の変化に対するスポット位置の変化を示す図である。
【図６】条件３の場合における、スポット位置の変化量から出射した偏光の降下角度を求めた図である。
【図７】本実施の形態に係る、車両用前照灯の正面図である。
【図８】本実施の形態に係る、車両用前照灯の断面図の一例である。
【図９】プリズム基板のプリズム部を拡大した図である。
【図１０】液晶レンズにおいて、液晶分子の向きによって偏光される光線の様子を示す概略図である。
【図１１】図１０における偏光方向による出光方向の違いを立体的に模式した図である。
【図１２】車両用前照灯において、液晶レンズの液晶分子に電圧を印加していない状態を示す縦断面図である。
【図１３】車両用前照灯において、液晶レンズの液晶分子に電圧を印加した状態を示す縦断面図である。
【図１４】光源及び反射鏡から照射された光線に対して所定の角度を持たせて液晶レンズを配置した場合の一例であり、液晶分子に電圧を印加していない状態を示す図である。
【図１５】光源及び反射鏡から照射された光線に対して所定の角度を持たせて液晶レンズを配置した場合の一例であり、液晶分子に電圧を印加した状態を示す図である。
【図１６】液晶レンズのプリズム基板のプリズム部の角度を、所定位置を境界として変更した車両用前照灯の一例であり、液晶分子に電圧を印加していない状態を示す図である。
【図１７】液晶レンズのプリズム基板のプリズム部の角度を、所定位置を境界として変更した車両用前照灯の一例であり、液晶分子に電圧を印加した状態を示す図である。
【図１８】グレーティング溝を垂直にした場合の車両用前照灯の正面図の一例である。
【図１９】グレーティング溝を円周状にした車両用前照灯の正面図の一例である。
【図２０】本実験で用いる液晶素子のプリズムを示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 車両用前照灯
１０ 光源
２０ 反射鏡
３０ 液晶レンズ
３１ グレーティング溝
４０ ガラス基板
４１ ガラス基板側透明電極
４２ ガラス基板側配向膜
５０ プリズム基板
５１ プリズム基板側透明電極
５２ プリズム基板側配向膜
５３ プリズム部
６０ 液晶分子
７０ 液晶層
１００ 実験装置
１１０ レーザ
１２０ 液晶素子
１２１ プリズム部
１２２ 凸部
１２３ 凹部
１３０ アンプ
１４０ オシレータ
１５０ スクリーン
１６０ ＣＣＤカメラ
１７０ 偏光板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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