(57)【要約】【課題】  複数の光源と光学素子と投射レンズから構成される車両用前照灯装置において、光学素子は複数の光源から光線を導くための複数の導光部から構成されており、これらが集合して光学素子の出射面が構成されている場合に、配光パターンに筋状のむらが発生して運転者の前方視認性が低下する。【解決手段】  車両用前照灯装置であって、複数の光源と、光学素子と、投射レンズとを備え、光学素子は、複数の光源からの光を伝搬させる複数の導光部と、導光部を一体形状とした光混合部とを備える構成とする。【選択図】図１
2018055907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、光学素子と、投射レンズとを備え、
前記光学素子は、複数の光源からの光を伝搬させる複数の導光部と、前記導光部を一体形状とした光混合部と、
を備えることを特徴とする車両用前照灯装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用前照灯装置であって、
前記導光部は光源に近い側から遠い側に向かって幅および、または高さが広がる末広がり形状であることを特徴とする車両用前照灯装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車両用前照灯装置であって、
前記光混合部は複数の前記導光部から出射した各々の光を水平方向に拡げて混合することを特徴とする車両用前照灯装置。
【請求項４】
請求項２に記載の車両用前照灯装置であって、
前記光混合部は、該光混合部を伝搬する光の強度分布にグラデーションを密に形成する強度勾配形成部を備えることを特徴とする車両用前照灯装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用前照灯装置であって、
前記強度勾配形成部は、前記光混合部を伝搬する光の垂直方向における強度分布にグラデーションを設けることを特徴とする車両用前照灯装置。
【請求項６】
請求項４に記載の車両用前照灯装置であって、
前記光混合部は光出射部を有し、該光出射部は湾曲していることを特徴とする車両用前照灯装置。
【請求項７】
請求項４に記載の車両用前照灯装置であって、
前記光混合部は光出射部を有し、該光出射部はロービーム用配光パターンのカットオフラインを形成するためのカットオフライン形成部を有することを特徴とする車両用前照灯装置。
【請求項８】
請求項７に記載の車両用前照灯装置であって、
前記光出射部は、フレネルレンズが１次元または２次元状に形成されているフレネルレンズ部を有することを特徴とする車両用前照灯装置。
【請求項９】
請求項８に記載の車両用前照灯装置であって、
前記光出射部は湾曲していることを特徴とする車両用前照灯装置。
【請求項１０】
請求項４に記載の車両用前照灯装置であって、
前記光学素子は、ロービーム形成部と付加配光形成部から構成されることを特徴とする車両用前照灯装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の車両用前照灯装置であって、
前記付加配光形成部は、複数の光源からの光を伝搬させる複数の導光部と光出射部を有し、前記光出射部は湾曲していることを特徴とする車両用前照灯装置。
【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前照灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
夜間運転中の自動車は運転者の視界が悪いため事故の発生率が高い。安全上の観点から前照灯の点灯が義務付けられているが、走行用前照灯（以下、ハイビームと記載）を点灯すると、対向車や先行車の運転者を眩惑させてしまうことがある。すれ違い用前照灯（以下、ロービームと記載）を点灯するとこれを防止することができるが、ロービームでは視界を十分に確保することが難しい。
【０００３】
近年、この課題を解決するために、前方の対向車や先行車などの物体を認識し、この認識結果に基づいて前照灯の配光を適切に制御する技術が提案されており、普及しつつある。例えば前方センサを用いて取得した画像を利用し、対向車や先行車を検出して、それらに対応する領域にはビームが非照射あるいは減光状態となるように前照灯を制御する技術が提案されている。このような技術はAdaptive Driving Beam(ＡＤＢ)と呼ばれている。
【０００４】
一方、１つの灯具ユニットで、ハイビーム、ロービーム、部分的ハイビームを含む複数の配光パターンを実現するための技術が開発されている。この技術分野の背景技術として、例えば特開２０１１−６３０７０号公報（特許文献１）がある。特許文献１では連続的な形状を持つシェードを回転させることで、複数の配光パターンを形成する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、光源を常に点灯しておき、不要部分をシェードにより遮光するため損失光が発生し、光利用効率が低下するという課題がある。さらに、シェードの物理的な形状で遮光するため、形状に無い配光パターンは実現不可であり、配光パターンが限定されるという課題がある。配光パターンが限定されると、例えば複数の車両が同時に前方に現れた場合に遮光しきれない可能性が生じ、ＡＤＢによる防眩効果が得られず、運転者に違和感を与えてしまう。
【０００５】
上記のような課題を解決するため、ＥＰ２３０６０７５Ａ２号公報（特許文献２）がある。特許文献２では、シェードではなく複数のＬＥＤをマトリクス状に配置する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−６３０７０号公報
【特許文献２】ＥＰ２３０６０７５Ａ２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２では、ＬＥＤの点消灯により各エリアを照射・非照射することで、複数の配光パターンを実現する。この構成では損失光は発生しないため、光利用効率は特許文献１に比べて高いという利点がある。また、任意の配光パターンを実現することが可能であり、運転者への違和感を軽減することが可能である。
【０００８】
しかし、特許文献２で開示されている光学素子の形状は、複数のロッドを一体化したような形状であり、その数はＬＥＤと同数とすることにより、各ＬＥＤからの光はそれぞれ独立に各ロッド内を伝搬する。すなわち、各ＬＥＤからの光は混合されることなく光学素子の出射面に到達する。その結果、例えばロービームを形成する際にＬＥＤの輝度むら、色むらが生じ、運転者に違和感を与える原因となる。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みて為されたものであって、ハイビーム、ロービーム、部分的ハイビームを含む複数の配光パターンを形成可能な光学素子を用いた車両用前照灯装置において、その配光パターンが、運転者の違和感を軽減し、視認性を向上する車両用前照灯装置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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、その一例を挙げるならば、車両用前照灯装置であって、複数の光源と、光学素子と、投射レンズとを備え、光学素子は、複数の光源からの光を伝搬させる複数の導光部と、導光部を一体形状とした光混合部とを備える構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光源の輝度むら、色むらを低減し、滑らかな配光分布を形成することができる車両用前照灯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における車両用前照灯装置の内部構造を説明する概略鉛直断面図である。
【図２】従来の灯具ユニットの光学系構成図である。
【図３】従来の灯具ユニットの光学系構成による配光分布図である。
【図４】実施例１における光学素子の構成図である。
【図５】実施例１における光学素子の他の構成図である。
【図６】実施例１における光学素子のロービーム形成部の構成図である。
【図７】実施例１における光学素子のロービーム形成部のフレネルレンズ部を示す構成図である。
【図８】実施例１におけるロービーム形成部の光混合部の効果を説明する配光分布図である。
【図９】実施例１におけるロービーム形成部の強度勾配形成部の効果を説明する配光分布図である。
【図１０】実施例１におけるロービーム形成部の光出射部を湾曲させる効果を説明する配光分布図である。
【図１１】実施例１における光学素子の付加配光形成部の構成図である。
【図１２】実施例１における車両用前照灯装置の配光パターンを説明する図である。
【図１３】実施例２における車両用前照灯装置の灯具ユニットの他の構成例を示す断面図である。
【図１４】実施例３における車両用前照灯装置の灯具ユニットの他の構成例を示す鳥瞰図である。
【図１５】実施例４における灯具ユニットの照射制御部と車両側の車両制御部との動作連携を説明する機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１から図１２を用いて実施例１に係わる車両用前照灯装置の例を説明する。
【００１５】
図１は、本実施例に係る車両用前照灯装置の内部構造を説明する概略鉛直断面図である。本実施例の車両用前照灯装置１００は、車両の車幅方向の左側端部に配置された前照灯ユニット１１０Ｌと、右側端部に配置された前照灯ユニット１１０Ｒを備える。前照灯ユニット１１０Ｌと１１０Ｒの大部分は、左右対称の構造を有する点以外は実質的に同一の構成であるため、以下では左側の前照灯ユニット１１０Ｌの構造を説明し、右側の前照灯ユニット１１０Ｒの説明は適宜省略する。
【００１６】
図１において、前照灯ユニット１１０Ｌは、ランプボディ２１２と透光カバー２１４を含む。ランプボディ２１２は、車両前方方向に開口部を有し、後方側には光源の交換時等に取り外す着脱カバー２１２ａを有する。そして、ランプボディ２１２の前方の開口部には、透光カバー２１４が接続されて灯室２１６が形成される。灯室２１６には、光を車両前方方向に照射する灯具ユニット１０が収納されている。灯具ユニット１０の一部には、当該灯具ユニット１０の揺動中心となるピボット機構２１８ａを有するランプブラケット２１８が形成されている。ランプブラケット２１８は、ランプボディ２１２の壁面に回転自在に支持されたエイミング調整ネジ２２０と螺合している。したがって、灯具ユニット１０はエイミング調整ネジ２２０の調整状態で定められた灯室２１６内の所定位置に傾動可能な状態で支持されることになる。
【００１７】
また、灯具ユニット１０の下面には、曲線道路走行時等に進行方向を照らす曲線道路用配光可変前照灯（Adaptive Front-Lighting System：ＡＦＳ）などを構成するためのスイブルアクチュエータ３１１の回転軸３１１ａが固定されている。スイブルアクチュエータ３１１は車両側から提供される操舵量のデータやナビゲーションシステムから提供される走行道路の形状データ、対向車や先行車を含む前方車両と自車との相対位置の関係等に基づいて、灯具ユニット１０を、ピボット機構２１８ａを中心として進行方向に旋回（スイブル：swivel）させる。その結果、灯具ユニット１０の照射領域が車両の正面ではなく、曲線道路のカーブの先に向き、運転者の前方視認性が向上する。スイブルアクチュエータ３１１は、例えばステッピングモータで構成することができる。なお、スイブル角度が固定値の場合には、ソレノイドなども利用可能である。
【００１８】
また、スイブルアクチュエータ３１１は、ユニットブラケット２２４に固定されている。ユニットブラケット２２４には、ランプボディ２１２の外側に配置されたレベリングアクチュエータ３１３が接続されている。レベリングアクチュエータ３１３は、例えばロッド３１３ａを矢印Ｍ、Ｎ方向に伸縮させるモータなどで構成されている。ロッド３１３ａが矢印Ｍ方向に伸張した場合、灯具ユニット１０はピボット機構２１８ａを中心として、後傾姿勢になるように揺動する。逆にロッド３１３ａが矢印Ｎ方向に短縮した場合、灯具ユニット１０はピボット機構２１８ａを中心として前傾姿勢になるように揺動する。灯具ユニット１０が前傾姿勢になると、光軸を下方に向けるレベリング調整ができる。このようなレベリング調整をすることで、車両姿勢に応じた光軸調整ができる。その結果、車両用前照灯装置１００による前方照射光の到達距離を最適な距離に調整することができる。
【００１９】
このレベリング調整は、車両走行中の車両姿勢に応じて実行することもできる。例えば、車両が走行中に加速する場合は車両姿勢は後傾姿勢となり、減速する場合は前傾姿勢となる。したがって、前照灯ユニット１１０の照射方向も車両の姿勢に対応して上下に変動し、前方照射距離が長くなったり短くなったりする。そこで、車両姿勢に基づき灯具ユニット１０のレベリング調整をリアルタイムで実行することで、走行中でも前方照射の到達距離を最適に調整できる。これを「オートレベリング」と称することもある。
【００２０】
灯具ユニット１０の下方位置の灯室２１６の内壁面には、灯具ユニット１０の点消灯制御や配光パターンの形成制御を実行する照射制御部３００（制御部）が配置されている。図１の場合、前照灯ユニット１１０Ｌを制御するための照射制御部３００Ｌが配置されている。この照射制御部３００Ｌは、スイブルアクチュエータ３１１、レベリングアクチュエータ３１３等の制御も実行する。なお、前照灯ユニット１１０Ｌは専用の照射制御部３００Ｌを有していても良いし、前照灯ユニット１１０Ｌに設けられた照射制御部３００Ｌが前照灯ユニット１１０Ｌおよび前照灯ユニット１１０Ｒの各アクチュエータの制御や配光パターンの形成制御を一括して制御するようにしても良い。
【００２１】
灯具ユニット１０はエイミング調整機構を備えることができる。例えば、レベリングアクチュエータ３１３のロッド３１３ａとユニットブラケット２２４の接続部分に、エイミング調整時の揺動中心となるエイミングピボット機構（図示せず）を配置する。また、ランプブラケット２１８には前述したエイミング調整ネジ２２０が車幅方向に間隔を空けて配置されている。例えば２本のエイミング調整ネジ２２０を反時計回り方向に回転させれば、灯具ユニット１０はエイミングピボット機構を中心に前傾姿勢となり光軸が下方に調整される。同様に２本のエイミング調整ネジ２２０を時計回り方向に回転させれば、灯具ユニット１０はエイミングピボット機構を中心に後傾姿勢となり光軸が上方に調整される。また、車幅方向左側のエイミング調整ネジ２２０を反時計回り方向に回転させれば、灯具ユニット１０はエイミングピボット機構を中心に右旋回姿勢となり右方向に光軸が調整される。また、車幅方向右側のエイミング調整ネジ２２０を反時計回り方向に回転させれば、灯具ユニット１０はエイミングピボット機構を中心に左旋回姿勢となり左方向に光軸が調整される。このエイミング調整は、車両出荷時や車検時、前照灯ユニット１１０Ｌ、１１０Ｒの交換時に行われる。そして、前照灯ユニット１１０Ｌ、１１０Ｒが設計上定められた姿勢に調整され、この姿勢を基準に本実施例の配光パターンの形成制御が行われる。
【００２２】
灯具ユニット１０は、複数のＬＥＤ１、光学素子２、投射レンズ３、放熱部品４、部品を保持するための構造部品５、ＬＥＤ基板６を備える。放熱部品４は例えばヒートシンクやファンなどから構成され、構造部品５は灯具ハウジングなどから構成される。ＬＥＤ１から発した光線は光学素子２に入射し、内部を全反射して伝搬する。光学素子２の出射面は投射レンズ３の略焦点距離ｆの位置に配置され、光学素子２の出射面で形成される配光分布は投射レンズ３を通して車両前方に照射される。
【００２３】
次に、本実施例の前提である特許文献２で提案されている光学系構成について説明する。図２は特許文献２で提案されている光学系構成図である。図２において、この光学系構成は、図１と同様に、複数のＬＥＤ１、光学素子２、投射レンズ３から構成される。光学素子２は複数のＬＥＤ１から光線を導くための複数の導光部から構成されており、１つのＬＥＤにつき、１つの導光部が対応している。光学素子２の出射面は、各導光部の出射面が集合して構成されており、出射面は投射レンズ３の略焦点位置となるように配置される。
【００２４】
次に、図３は、特許文献２で提案されている光学系構成で得られる配光分布を説明する図である。図３は、図２に示すように３個のＬＥＤ１からの光を３つの導光部から構成される光学素子２に入射させた場合に、光学素子２の出射面で得られる配光分布のシミュレーション結果である。図３において、図３（Ａ）は、横軸が水平方向の距離、縦軸が垂直方向の距離を示し、光学素子２の出射面での光強度分布を示しており、各ＬＥＤ１からの光は略ランバート分布で発光するが、導光部の内部で全反射を繰り返すことによって、略均一な光強度分布となる。但し出射面において各導光部の境界は影となり水平方向に輝度むらがあるような光強度分布となる。図３（Ｂ）は図３（Ａ）における垂直方向中心であるＹ＝０ｍｍにおける光強度分布をプロットしたグラフである。図３（Ｂ）に示すように、各導光部内では強度はほぼ均一だが、各導光部の境界で強度が低下し、水平方向の約+−２ｍｍの位置に暗線として観察される。特許文献２で提案されている光学系では、この配光分布が投射レンズ３によって車両前方に結像されるため、筋状のむらが多く出現し、運転者の前方視認性を著しく低下させる原因となる。ＬＥＤ１の数が増えるほど導光部の数も増加するため、筋状のむらの数も増える。
【００２５】
また図示はしないが、特許文献２で提案されている光学素子２では色むらも発生する。すなわち、ＬＥＤ１の色温度にはチップごとにばらつきがある。そのため、各ＬＥＤ１からの光が独立に導光部内を伝搬することにより、その色温度が保たれたまま光学素子２から出射する。このため、同じ白色光であっても、青っぽい白色光、黄色っぽい白色光が照射エリアごとに分かれてしまい、運転者の前方視認性が低下する。
【００２６】
そこで、これらの問題を解決するために、本実施例の光学素子２の構成について図４から図７を用いて説明する。
【００２７】
図４に光学素子２の構成図を示す。図４において、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は出射面側から見た斜視図、（Ｃ）は出射面側から見た正面図である。図４（Ａ）に示すように、光学素子２は、ロービーム用配光パターンを形成するためのロービーム形成部２０と、付加配光パターンを形成するための付加配光形成部２１から構成される。ロービーム形成部２０の入射面近傍には複数のＬＥＤ１１がアレイ状またはマトリクス状に配置され、付加配光形成部２１の入射面近傍には複数のＬＥＤ１２がアレイ状またはマトリクス状に配置され、それらの光が光出射部２７から出射される。
【００２８】
また、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、光出射部２７には、ロービーム用配光パターンに必要なカットオフライン形成部２８を形成している。
【００２９】
また、各形成部の製造方法は、図４（Ａ）に示すようにロービーム形成部２０と付加配光形成部２１とを個別に金型等で製造した後、光学用接着剤などで貼り合わせて最終的に１つの光学素子２として製造しても良いし、一体成型で製造しても良い。
【００３０】
図５に一体成型時の光学素子２の構成図を示す。図５において、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は出射面側から見た斜視図である。図５（Ａ）に示すように、ロービーム形成部２０と付加配光形成部２１のつなぎ目から光出射部２７までの部分は共通部分となっており、そのつなぎ目部分に、図５（Ｂ）に示すように、カットオフライン形成部２８が形成される。このつなぎ目であるカットオフライン形成部２８は投射レンズの焦点距離fに配置される。投射レンズの焦点距離fの位置に照射されるパターンが車両前方に結像されるため、カットオフラインが車両前方に形成される。
【００３１】
次に、図６を用いてロービーム形成部２０の構成を説明する。図６は、図４におけるロービーム形成部２０のみを抜き出した構成図である。図６において、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は断面図を示している。図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、各ＬＥＤ１１から出射した光は、対応して配置される各導光部２４に入射する。
【００３２】
導光部２４は、ＬＥＤ１１に近い側から遠い側に向かって幅および／または高さが広がる末広がり形状に形成されており、これによってＬＥＤ１１からの光線は角度を変えながら全反射で伝搬する。本実施例における導光部の形状は四角錐を切り取ったような形状をしているが、円錐を切り取ったような形状でも良い。このような形状を持つ各導光部内を全反射により伝搬した光は、光混合部２５に入射して水平方向に拡がり混合され、強度勾配形成部２６および光出射部２７から出射する。光混合部２５は、複数の導光部を一体形状とした形状であり、ＬＥＤ１１に近い側から遠い側に向かって幅および／または高さが広がる末広がり形状であっても良いし、広がらない直方体形状であっても良い。強度勾配形成部２６は、図６（ｃ）に示すように、光混合部２５の勾配とは傾きの異なる勾配を持つ形状である。これにより伝搬する光線を、光学素子２内部において垂直方向に拡げることが可能であり、ロービーム用配光パターンを垂直方向に滑らかに分布させる効果がある。
【００３３】
また、図６（Ａ）に示すように、光出射部２７は、カットオフライン形成部２８、フレネルレンズ部２９を備え、湾曲しているものとする。カットオフライン形成部２８は、ロービーム用配光パターンに必要なカットオフラインの形状に対応して形成され、これによって車両前方にカットオフラインを形成することが可能である。またフレネルレンズ部２９により、光学素子２からの出射光を集光して投射レンズ３への入射光を増やすことが可能である。これによりレンズ結合効率を向上させる効果がある。フレネルレンズの加工は１次元でも２次元でも良いが、前照灯は道路の垂直方向に比べて水平方向を広く照射する必要があるため、それを形成する光学素子２も水平方向を長くする必要があることを鑑みると、図７に示すように水平方向の光をより集光するような方向に１次元的に形成しても良い。
【００３４】
さらに図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、光出射部２７を湾曲させることにより、投射レンズ３の像面湾曲を低減し、カットオフラインを明瞭に形成することが可能である。光出射部２７を図６（Ａ）に示す方向に湾曲させると、カットオフラインの明瞭化は可能だが、スネルの法則により、光学素子２を伝搬する光は出射面で外向きに屈折する。その結果、投射レンズ３のレンズ径に入射しない光が増加し、レンズ結合効率が低下するという弊害が発生する。しかし上述したフレネルレンズ部２９との併用により、フレネルレンズ部２９には本来外向きに屈折する光を内向きに集光する効果があるため、レンズ結合効率の向上に有効である。または最もレンズに入射しにくい光出射部２７の両端を、光線が内向きに屈折するような形状として、レンズ結合効率を向上させても良い。
【００３５】
次に図８から図１０を用いて、上述した各構成要素の効果を説明する。図８は光混合部２５を設けた場合の、光学素子２の光出射部２７における配光分布のシミュレーション結果である。図３と同様に、図８において、（Ａ）は光学素子２の出射面での光強度分布、（Ｂ）は垂直方向Ｙ＝０ｍｍにおける光強度分布をプロットしたグラフである。光混合部２５には、各ＬＥＤ１１から導光させた光を混合・混色する効果があるため、光混合部２５を設けない場合の図３に比較して、図８では輝度むらが低減され、かつグラデーションを持つ滑らかな配光分布を実現できていることが分かる。
【００３６】
ここで、輝度むらを低減して滑らかなロービーム用配光パターンを形成し、運転者の視認性を向上するためには、図６（Ｂ）に示すように、ＬＥＤピッチをｐ、導光部の長さをＬｌ、光混合部の長さをＬｍと定義した場合に、下記、数式（１）、（２）を満たすように導光部２４、光混合部２５の形状を設計すれば良い。  
Ｌｌ≧２ｐ  …（１）
Ｌｍ≧６ｐ  …（２）
【００３７】
次に、図９を用いて強度勾配形成部２６の効果について説明する。図９において、横軸が水平方向の角度、縦軸が垂直方向の角度を示し、（Ａ）は強度勾配形成部２６を設けない場合の配光分布のシミュレーション結果、（Ｂ）は強度勾配形成部２６を設けた場合の配光分布のシミュレーション結果であり、両者とも等照度分布を示している。この結果、図９（Ａ）に比べて図９（Ｂ）の方が、等照度線の密度が高いことが分かる。すなわち、光混合部２５に対して垂直方向に強度勾配形成部２６を設けることで、光混合部２５を伝搬する光線が徐々に強度勾配形成部２６の方へ拡がる。これにより、配光分布の垂直方向の等照度線を高密度に形成することが可能である。すなわち、照度勾配であるグラデーションを密に形成することが可能となる。このようにしてロービーム用配光パターンを滑らかに形成し、運転者の視認性を向上する効果がある。
【００３８】
なお、強度勾配形成部２６を垂直方向だけではなく水平方向にも勾配を持たせた２次元的な強度勾配形成部とすることで、水平方向にもグラデーションを高密度に形成することが可能となる。
【００３９】
次に、図１０を用いて光出射部２７を湾曲させることの効果について説明する。図１０において、横軸が水平方向の角度、縦軸が垂直方向の角度を示し、（Ａ）は光出射部２７を湾曲させない場合の配光分布のシミュレーション結果、（Ｂ）は湾曲させた場合の同結果である。図１０（Ａ）から、投射レンズ３の像面湾曲により、±１０度付近より高角度になるとピントが合わずカットオフラインが不明瞭となることが分かる。これに対して、光出射部２７を湾曲させた図１０（Ｂ）では±２０度付近までカットオフラインにピントが合っていることが分かる。すなわち光出射部２７を湾曲させることで像面湾曲を低減してカットオフラインを明瞭に形成することが可能である。以上がロービーム形成部の構成要素である。
【００４０】
図１１は、本実施例における付加配光形成部２１の構成図である。図１１に示すように、付加配光形成部２１はＬＥＤ１２の数に対応した複数の導光部から構成され、ＬＥＤ１２からの光線はその内部を全反射で伝搬する。付加配光形成部２１の出射面はロービーム形成部と略一致しており、このような形状によって両形成部を互いに伝搬する光線を低減し、迷光を防止して、運転者の視認性を向上することができる。
【００４１】
続いて、上述の構成を備えた本実施例の車両用前照灯装置１００による配光パターンの一例を説明する。図１２は、車両用前照灯装置１００から前方へ照射される光により、車両前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを透視的に示す図であって、図１２（Ａ）はハイビーム用配光パターン、図１２（Ｂ）は部分的ハイビーム用配光パターン、図１２（Ｃ）はロービーム用配光パターンを示している。図１２（Ａ）に示すハイビーム用配光パターンは、前方車両が検出されない場合に照射する配光パターンであり、ＬＥＤ１１およびＬＥＤ１２を同時点灯させ、ロービーム用配光パターンと第１の付加配光パターンとの合成配光パターンとして形成される。図１２（Ｂ）に示す部分的ハイビーム用配光パターンは、前方車両が存在する場合に照射する配光パターンであり、ＬＥＤ１１およびＬＥＤ１２の一部を同時点灯させ、ロービーム用配光パターンと第２の付加配光パターンとの合成配光パターンとして形成される。図１２（Ｃ）に示すロービーム用配光パターンは、前方車両が自車両に接近しているときに照射する配光パターンであり、ＬＥＤ１１を点灯させて形成する。
【００４２】
続いて、車両前方路面の上方に設置される交通標識等を照射するために、オーバーヘッドサイン（ＯＨＳ）を灯具ユニット１０から照射する場合の光学素子２の形状について説明する。本実施例における光学素子２では、例えば付加配光形成部２１を導光する光の一部が、投射レンズ３に上向きに入射するように、付加配光形成部２１の出射面の一部を加工しても良いし、付加配光形成部２１の底面の一部を加工して出射する光が上向きに反射するように、光学素子２の下面にリフレクタなどを配置しても良い。
【００４３】
以上のように、本実施例では、灯具ユニット１０内に光学素子２を配置した車両用前照灯装置１００において、ハイビーム、ロービーム、部分的ハイビームを含む複数の配光パターンを１つの光学素子２で実現可能であり、また部分的ハイビーム用配光パターンは高コントラストに形成する一方で、ロービーム用配光パターンは滑らかな分布を形成することができるため、運転者の前方視認性を向上することが可能となる。
【実施例２】
【００４４】
本実施例は、灯具ユニット１０の他の構成例について説明する。
【００４５】
図１３（Ａ）は本実施例における灯具ユニット１０の構成例を示す図である。図１３（Ａ）において、図１及び図５と同様の機能については同じ符号を付し、その説明は省略する。図１３（Ａ）において、ハッチングは放熱部品４や構造部品５を示している。構造部品５は灯具ハウジングやレンズホルダ、光学素子ホルダ等であり、それらは放熱部品４を兼ねていても良い。放熱部品４や構造部品５は迷光の発生を防ぐために黒アルマイト処理されていても良いし、光利用効率を向上するため、また意匠性を向上するためにアルミなどでコーティングされていても良い。複数のＬＥＤ１１、１２は同一のＬＥＤ基板６上に実装されており、基板背面もしくは光学素子の下部に、ヒートシンクやファン等の放熱部品４を有する。放熱部品４の配置場所に依らず、ＬＥＤ基板６とは物理的な構造で接続されており、その接続には熱伝導性の高い両面テープや放熱シート、放熱グリスなどを用いても良い。また、放熱部品４は、図１３（Ｂ）に示すようにロービーム形成部２０と付加配光形成部２１の間の空間を利用して配置しても良い。
【実施例３】
【００４６】
本実施例は、灯具ユニット１０のさらに他の構成例について説明する。
【００４７】
図１４（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例における、それぞれロービーム形成部２０、付加配光形成部２１の複数の導光部間の空間に放熱部品４を配置した例である。放熱部品４をこのように配置することで灯具ユニット１０を小型化し、意匠性を向上することが可能である。
【実施例４】
【００４８】
本実施例は、前照灯ユニットの照射制御部と車両側の車両制御部との動作連携について説明する。
【００４９】
図１５は、本実施例における、前照灯ユニット１１０の照射制御部３００と車両側の車両制御部２００との動作連携を説明する機能ブロック図である。なお、上述のように左側の前照灯ユニット１１０Ｌと右側の前照灯ユニット１１０Ｒの構成は基本的に同一であるため、前照灯ユニット１１０Ｌ側のみの説明を行い、前照灯ユニット１１０Ｒ側の説明は省略する。
【００５０】
図１５において、前照灯ユニット１１０Ｌの照射制御部３００は、車両制御部２００から得られた情報に基づいて光源駆動回路２０１の制御を行いＬＥＤ１の点灯制御を実行する。また、照射制御部３００は車両制御部２００から得られた情報に基づいて、スイブル制御部３１０、レベリング制御部３１２を制御する。スイブル制御部３１０は、スイブルアクチュエータ３１１を制御して灯具ユニット１０の光軸を車幅方向について調整する。例えば、曲線道路走行や右左折走行などの旋回時に灯具ユニット１０の光軸をこれから進行する方向に向ける。また、レベリング制御部３１２はレベリングアクチュエータ３１３を制御して、灯具ユニット１０の光軸を車両上下方向について調整する。例えば、加減速時における車両姿勢の前傾、後傾に応じて灯具ユニット１０の姿勢を調整して前方照射光の到達距離を最適に調整する。
【００５１】
また、本実施例の前照灯ユニット１１０は、各種センサで検出された車両周囲状況に応じた最適な配光パターンを形成するように自動制御される。例えば、自車両の前方に先行車や対向車等が存在することを検出した場合に、照射制御部３００は車両制御部２００から得られた情報に基づいて当該エリアのグレアを防止すべきであると判定し、光源駆動回路２０１を制御して、前方車両の距離などの存在状況に応じた最適な配光パターンである部分的ハイビーム用配光パターンまたはロービーム用配光パターンを形成することができる。一方、自車両の前方に先行車や対向車等が存在しないことを検出した場合には、照射制御部３００は運転者の前方視認性を向上すべきであると判定し、光源駆動回路２０１を制御してハイビーム用配光パターンを形成することができる。
【００５２】
このように先行車や対向車などの対象物を検出するために、車両制御部２００には例えばステレオカメラなどのカメラ４００が接続されている。カメラ４００で撮影された画像は、画像処理部４０１で所定の画像処理が施されて車両制御部２００に提供され、車両制御部２００で少なくとも自車両に対する前方車両の検出処理が実行される。そして、車両制御部２００は前方車両の検出処理の結果を、照射制御部３００に提供する。照射制御部３００は、車両制御部２００で検出された前方車両に関するデータに基づき、その前方車両を考慮した最適な配光パターンを形成するように、各制御部に情報を提供する。
【００５３】
また、車両制御部２００は、車両に通常搭載されているステアリングセンサ４０２、車速センサ４０３などからの情報も取得可能であり、これにより照射制御部３００は車両の走行状態や走行姿勢に応じて形成する配光パターンを選択したり、光軸の方向を変化させて、簡易的に配光パターンを変化させたりすることができる。例えば、車両制御部２００がステアリングセンサ４０２からの情報に基づき車両が旋回していると判定した場合、車両制御部２００から情報を受け取った照射制御部３００が、光源駆動回路２０１を制御することで最適な配光パターンを形成することができる。また、光源の点消灯状態は変化させずに、スイブル制御部３１０によりスイブルアクチュエータ３１１を制御して灯具ユニット１０の光軸を旋回方向に向けて視界を向上させても良い。
【００５４】
また、車両制御部２００は、ナビゲーションシステム４０４から道路の形状情報や道路標識の設置情報などを取得することもできる。これらの情報を事前に取得することにより、照射制御部３００は、スイブルアクチュエータ３１１、レベリングアクチュエータ３１３等を制御して、走行道路に適した配光パターンをスムーズに形成することもできる。
【００５５】
また、本実施例の場合、前照灯ユニット１１０によって形成される配光パターンは、上述したような自動制御だけでなく、運転者によるライトスイッチ４０５の操作内容に応じて切り替えることも可能である。この場合、ライトスイッチ４０５の操作に応じて、照射制御部３００が光源駆動回路２０１の制御を行い、所望の配光パターンを形成する。
【００５６】
上述した実施例では、主に光源に複数のＬＥＤ１を用いて、自車前方の投射範囲を複数に分割した領域に対応して点消灯制御する構成について説明したが、その他の光源として、レーザを用い、ＭＥＭＳなどの２次元ミラーでレーザ光を走査して、その走査角に同期してレーザの発光状態が切り替わる方式であっても良いし、光源から発した光が投射範囲の領域に対応するＤＭＤのようなマトリクス状のマイクロミラーに入射する構成になっており、各ミラー面の向きを制御する方式であっても良い。これらの制御は全て照射制御部３００が行う。
【００５７】
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００５８】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【００５９】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１，１１，１２：ＬＥＤ、２：光学素子、３：投射レンズ、４：放熱部品、５：構造部品、１０：灯具ユニット、２０：ロービーム形成部、２１：付加配光形成部、２４：導光部、２５：光混合部、２６：強度勾配形成部、２７：光出射部、２８：カットオフライン形成部、２９：フレネルレンズ部、１００：車両用前照灯装置、２００：車両制御部、２０１：光源駆動回路、３００：照射制御部、３１０：スイブル制御部、３１１：スイブルアクチュエータ、３１２：レベリング制御部、３１３：レベリングアクチュエータ、４００：カメラ、４０１：画像処理部、４０２：ステアリングセンサ、４０３：車速センサ、４０４：ナビゲーションシステム、４０５：ライトスイッチ
【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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