(57)【要約】      （修正有）【課題】    ＡＤＢ動作が可能な液晶装置を含み、かつ液晶装置の故障時にフェールセーフの安全措置ができる照明措置が求められている。【解決手段】    照明装置は、光軸に沿って照明光を出射する光源と、光軸に沿った位置に配置され、ハイビーム相当領域に電極パターンを有する液晶素子と、液晶素子の前後両側に配置された偏光子対と、電極パターンに印加する電圧を形成する駆動回路と、偏光子対間で、液晶素子のロービーム相当領域に対応して配置された位相差形成手段と、を含み、偏光子対はクロスニコル配置であり、液晶素子の電極パターンを有するハイビーム相当領域と偏光子対はノーマリーブラック型液晶装置を構成し、液晶素子のロービーム相当領域と、位相差形成手段と、偏光子対とはノーマリーオンの透光領域を構成する。【選択図】  図１−１
2019114358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に沿って照明光を出射する光源と、
前記光軸に沿った位置に配置され、ハイビーム相当領域に電極パターンを有する液晶素子と、
前記液晶素子の前後両側に配置された偏光子対と、
前記電極パターンに印加する電圧を形成する駆動回路と、
前記偏光子対間で、前記液晶素子のロービーム相当領域に対応して配置された位相差形成手段と、
を含み、前記偏光子対はクロスニコル配置であり、前記液晶素子の電極パターンを有するハイビーム相当領域と前記偏光子対はノーマリーブラック型液晶装置を構成し、前記液晶素子のロービーム相当領域と、前記位相差形成手段と、前記偏光子対とはノーマリーオンの透光領域を構成する照明装置。
【請求項２】
前記液晶素子は、前記ロービーム相当領域の前記ハイビーム相当領域に隣接する領域にカットオフを形成する、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記位相差形成手段は、前記液晶素子に密着配置ないし一体化されている、請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記位相差形成手段は、１枚の（λ／２）位相差形成手段、又は２枚の（λ／４）位相差形成手段である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記液晶素子を透過し、下流側の偏光子を通過した光を前方に投影する投影光学系をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記投影光学系の焦点位置は前記液晶素子の電極パターンに合わせてある、請求項５に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用前照灯等に適した照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用前照灯において、対向車の存在等の前方の状況に応じて、配光形状をリアルタイムで制御できる技術（ＡＤＢ  adaptive driving beam と呼ばれる）が注目されている。例えば、走行用の配光形状すなわちハイビームで走行中に、対向車を検出した場合に、前照灯に照射される領域の内、当該対向車の領域に向う光のみをリアルタイムで低減することが可能となる。ドライバに対しては常にハイビームに近い視界を与え、その一方で対向車に対して眩惑光（グレア）を与えることを防止できる。
【０００３】
このような配光パターン可変型の前照灯を、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ light emitting diodes）を行列状に配置し、駆動回路で各発光ダイオードの駆動電流を制御するマトリクス状光源を用い、制御された配光形状の出射光をプロジェクションレンズ等の投影用光学素子で前方に投影する構成で実現することが考えられる。しかし、複数の発光ダイオードの駆動電流を任意に制御するためには、複数の電流源が必要になり、前照灯の製造コストが高くなってしまう。
【０００４】
ＬＥＤ等で形成した固定パターンの発光部の前に、液晶（ＬＣ）素子の前後両面に偏光子を備えた液晶装置等で構成し、透光領域内の選択領域のみを遮光する遮光部を配置し、発光部からの発光を遮光部でパターン制御する構成も提案されている(例えば特許文献１)。発光部は視野内を照明できればよく、必要なＬＥＤの数は制限できる。全体の発光パターンを制御する遮光部は１つの液晶装置で実現できる。複数の制御領域を有し、各制御領域の光透過率を制御できる液晶装置は、極めて安価に入手できる。前照灯の製造コストを著しく低減することが可能となる。
【０００５】
車両用照明装置等において、液晶装置を用いて光源から発した光に配光パターンを与える場合、液晶素子内で液晶層の両側に電極を配置して液晶層に電圧を印加することにより液晶分子の配向を制御し、液晶素子の前後に偏光子／検光子を配置して、液晶層に印加する電圧のオン／オフに基づく液晶分子の配向により透過光の透光率を制御する。なお、透光率を０，１で２値制御する場合を含めて透光率を調整する制御を調光制御と呼ぶことにする。液晶素子と偏光子／検光子を併せて液晶装置とも呼ぶ。
【０００６】
後に、図３Ａを参照して説明するように、対向車の存在等の前方の状況に応じて、配光形状をリアルタイムで制御するために、車載カメラ、レーダ、車速センサ等の各種センサが接続されている前方監視ユニットが用いられる（例えば特許文献２参照）。センサから取得した撮像データを画像処理し、前方車両（対向車や先行車）等を検出し、配光制御に必要なデータを算出する。前方監視ユニットから送出されてくる情報に基づいて、配光制御ユニットが、その走行場面に対応した配光パターンを決定する。
【０００７】
電圧オフの状態で透光性になる液晶装置をノーマリーホワイト型と呼び、電圧オフの状態で遮光性になる液晶装置をノーマリーブラック型と呼ぶ。例えば、ツイステッドネマチック（ＴＮ）型液晶素子をクロスニコル（ポーラライザ）で挟んだ液晶装置はノーマリーホワイト型液晶装置を、パラレルニコルで挟んだ液晶装置はノーマリーブラック型液晶装置を構成する。ＴＮ型液晶装置の場合、コントラスト比を高くすることが困難である。垂直配向液晶とクロスニコルとを用いた液晶装置や、面内スイッチング（ＩＰＳ）液晶とクロスニコルを用いた液晶装置は、ノーマリーブラック型液晶装置を構成し、コントラスト比の高い照明機能を実現できる。コントラスト比の高い、高品位の前照灯を形成するには、ノーマリーブラック型の液晶装置が適している。
【０００８】
ＡＤＢ照明装置の遮光部を液晶装置で形成する場合、何らかの事故により液晶装置が機能しなくなった時の対応も考慮する必要がある。ノーマリーホワイト型液晶装置を用いたＡＤＢ照明装置で液晶装置がオフしてしまうと、全面が透光状態となり、ハイビームを投影して対向車に眩惑光を照射してしまう。緊急時とは言え、この状態は好ましくない。ノーマリーブラック型液晶装置を用いたＡＤＢ照明装置で液晶装置がオフしてしまうと、全面が遮光状態となり、視野内が真っ暗になってしまう。これは、フェールセーフの安全を維持するため、極めて好ましくない状態である。最低限の照明は維持されるように対策を講じる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１８３３２７号公報
【特許文献２】特開２０１３−０５４８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ハイビームエリアは配光パタ−ンを部分的に調光制御する必要がある。所定領域それぞれの液晶層を挟んで電極対パターンを形成し、選択的に電圧印加できるようにすることにより、配光パターンの調光制御が行える。ロービームエリアは通常常に照明すべき領域であり、配光パターンの部分的時間制御は不必要である。
【００１１】
ＡＤＢ動作が可能な液晶装置を含み、かつ液晶装置の故障時にはフェールセーフの安全措置ができる照明装置が求められている。フェールセーフの安全措置としては、ロービームが投影されることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ハイビームエリアはノーマリーブラック照明とし、ロービームエリアは常時オン照明とすることにより、フェールセーフの安全措置が行える。
【００１３】
本発明の実施例によれば、
光軸に沿って照明光を出射する光源と、
前記光軸に沿った位置に配置され、ハイビーム相当領域に電極パターンを有する液晶素子と、    
前記液晶素子の前後両側に配置された偏光子対と、
前記電極パターンに印加する電圧を形成する駆動回路と、
前記偏光子対間で、前記液晶素子のロービーム相当領域に対応して配置された位相差形成手段と、
を含み、前記偏光子対はクロスニコル配置であり、前記液晶素子の電極パターンを有するハイビーム相当領域と前記偏光子対はノーマリーブラック型液晶装置を構成し、前記液晶素子のロービーム相当領域と、前記位相差形成手段と、前記偏光子対とはノーマリーオンの透光領域を構成する照明装置
が提供される。
【００１４】
常時照明領域に電極パターンは不要である。偏光子対間に配置され、電極を有さない液晶素子領域は、遮光領域を形成する。この領域に位相差形成手段を配置して入射光の位相を変更すれば、透光領域を形成することができる。ロービームエリアに常時照明領域を形成することにより、フェールセーフの安全を維持するための照明を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１−１】、と
【図１−２】図１Ａは第１の実施例による照明装置を示すブロック図、図１Ｂは液晶素子と位相差板を重ねた配置を概略的に示す平面図、図１Ｃは、λ／２位相差板に換えて、２枚のλ／４位相差板を用いた、第２の実施例による構成を示す断面図、図１Ｄは液晶素子内にλ／２の位相差層を形成した変更例を示す断面図、図１Ｅは液晶素子内に２枚のλ／４位相差層を形成した変形例を示す断面図である。
【図２】図２Ａは、液晶素子３の具体的平面構成例を示す平面図、図２Ｂは電極パターンの他の構成を示す平面図である。
【図３】図３Ａは、前照灯の構成例を示す断面図、図３Ｂは前照灯に相当する照明装置の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  光源、  ２電源、  ３  液晶素子、  ４  透明基板（４−１，４−２）、  
５  液晶層、  ６  電極パターン、  ７  （ロービーム）スイブル配光電極、  
８  無電極領域、  ９  位相差板、  １０  投影光学系、  １１  照明装置、
１２  駆動回路、  １３  配光制御ユニット、  ２１  リフレクタ、
２５  制御回路、
Ｐ  偏光子（Ｐ１，Ｐ２），
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１Ａを参照して、本発明の第１の実施例による照明装置を説明する。照明装置が車両用前照灯である場合を例として説明する。図１Ａにおいて、光源１は例えば複数個の発光ダイオードチップと発光ダイオード上に配置された蛍光体膜を含んで構成される白色光発光体であり、電源２で駆動されて発光し、白色光を液晶素子３に供給する。液晶素子３は、透明基板４（４−１，４−２）間に液晶層５が挟まれ、図中下方に示すハイビームエリア相当領域に電極パターン６が形成された構成を有する。電極パタ−ン６は、例えば広く分布するコモン電極と表示単位を構成する多数のセグメント電極が対向配置された構成を有する。図中、上方に示すロービームエリア相当領域は電極パターンが形成されない無電極領域８を含む。液晶素子３は、例えば垂直配向液晶素子、インプレーンスイッチ液晶素子で構成される。偏光子対Ｐ１，Ｐ２は、クロスニコルを構成する。
【００１８】
電極パターン６は、配光制御ユニット１３から供給される配光制御情報に基づいて駆動信号を供給する駆動回路１２によって駆動され、該当部分でノーマリーブラック型の液晶装置を構成する。電極パターン６のない図中上方領域は、そのままではクロスニコルＰ１，Ｐ２によって遮光されてしまう。λ／２位相差板(波長板)９が、液晶素子３に密着した状態で、液晶素子３のロービームエリア相当領域に重ねた配置で、例えば一方の透明基板４に貼り付けられて、配置されている。
【００１９】
図１Ｂに示すように、位相差板９は無電極領域８に重なるように配置される。電極は存在しないので、電界によって液晶層を変化させ偏光軸を変化させる動作はないが、位相板９が与える位相差により入射光の一方の軸方向成分の位相が変化し、結果として入射光の偏光軸が変化し、下流に配置された偏光子（検光子）を透過させる。常時オンの透光領域が形成される。
【００２０】
図１Ｃは、第２の実施例を示す。λ／２位相差板９に換え、例えば液晶素子３の両側に一対のλ／４位相差板９−１，９−２を配置されている。２枚のλ／４位相差板９−１，９−２は、併せて１枚のλ／２位相差板同様の機能を果たし、下流のλ／４位相差板９−２の出射光は検光子Ｐ２を透過する。２枚のλ／４位相差板９−１，９−２の中間の位置では、光は円偏光となる。３枚以上の位相差板を用いる配置も可能である。
【００２１】
図１Ａに戻って、検光子Ｐ２を通過した光は投影光学系１０によって反転投影され、車両前方の視野に投影される。投影光学系１０の焦点位置に、液晶素子３の液晶層５が配置される。位相差板９は、なるべく焦点に近い位置に配置するのが好ましく、実際的には透明基板４に密着配置することが好ましい。
【００２２】
位相差板に換え、例えば液晶素子の透明基板間に位相差層を設けてもよい。図１Ｄに示すように、透明基板４−１，４−２の一方の無電極領域上に半波長(λ／２)の位相差を形成する位相差層９−３を形成する。この位相差層９−３は図１Ａの位相差板９同様の効果を付与する。図１Ｅに示すように、両透明基板４−１，４−２の無電極領域上に(１／４)波長(λ／４)の位相差層９−４，９−５をそれぞれ形成することもできる。位相差層９−４，９−５はそれぞれ(λ／４)の位相差を形成し、全体として(λ／２)の位相差を付与する。位相差板、位相差層を含め、位相差を形成する構成を位相差形成手段と呼ぶこともある。
【００２３】
視野内では、下方にロービーム相当領域が形成され、上方にハイビーム相当領域が形成される。視野内下部のロービーム相当エリアは主に前方の路面を含む領域であり、視野内上部のハイビーム相当エリアは対向車、歩行者を含む領域である。
【００２４】
図２Ａは、液晶素子３の具体的平面構成例を示す平面図である。視野内の水平方向位置を０度で示し、反転投影された時に水平方向より上方になる、０度から５度までの領域に垂直方向に長く、水平方向幅が制限されたストライプ形状の選択電極６ｉが水平方向に並んで配列されている。選択電極６ｉは対向車の運転手に向う眩惑光を減じることのできる幅を持つ。いずれか１つの選択電極６ｉをオフにすると、その領域の輝度が抑制され、眩惑光を抑制できる。
【００２５】
選択電極６ｉの上方(視野内では下方)、０度から―０．５７度の範囲には、所定の角度の斜辺を有するスイブル配向電極７が配置されている。選択的にカットオフを形成することができる。スイブル配向電極７はロービームエリアに属する。−０．５７度より上方には無電極領域８が配置される。ロービームエリアの大部分は常時照明され、フェールセーフの安全が維持される。
【００２６】
図２Ａの構成ではハイビームエリアの電極パターンが垂直方向に長いストライプ電極群で構成されていたが、電極パターンの形状はこれに限るものではなく、種々変更可能である。車両用前照灯においては、路面表面の水平方向、路面に直交する垂直方向を基準方向とすることが好適であろう。
【００２７】
図２Ｂは垂直方向の幅も制限し、水平方向、垂直方向に単位領域を並べたマトリックス状の電極パターン６の構成を示す。対向車の運転手に眩惑光を与えない機能を果たすためには、一つの電極パターン６ｉの垂直方向幅は狭くても構わない。輝度を低減した領域の上下に明るい領域を配置することにより、運転者はほぼ完全な視野を付与されることができる。
【００２８】
図３Ａは、前照灯システムの概略構成を示すブロック図である。前照灯システム２００は、左右それぞれの車両用前照灯１００、配光制御ユニット１０２、前方監視ユニット１０４等を備えている。車両用前照灯１００は、ＬＥＤからなる光源と、液晶装置を用いて形成した配光制御装置と投影レンズと、それらを収容する灯体とを有する。
【００２９】
車載カメラ１０８、レーダ１１０、車速センサ１１２等の各種センサが接続されている前方監視ユニット１０４は、センサから取得した撮像データを画像処理し、前方車両（対向車や先行車）やその他の路上光輝物体、区画線（レーンマーク）を検出し、それらの属性や位置等配光制御に必要なデータを算出する。算出されたデータは車内ＬＡＮ等を介して配光制御ユニット１０２や各種車載機器に発信される。
【００３０】
車速センサ１１２、舵角センサ１１４、ＧＰＳナビゲーション１１６、前照灯スイッチ１１８等が接続されている配光制御ユニット１０２は、前方監視ユニット１０４から送出されてくる路上光輝物体の属性（対向車、先行車、反射器、道路照明）、その位置（前方、側方）と車速に基づいて、その走行場面に対応した配光パターンを決定する。配光制御ユニット１０２は、その配光パターンを実現するために必要な配光可変前照灯の制御量を決定する。
【００３１】
配光制御ユニット１０２は、ＬＥＤから放射された照明光を液晶装置が調光制御する内容を決定する。ドライバ１２０は、配光制御ユニット１０２からの制御量の情報を、駆動装置や配光制御素子の動作に対応した命令に変換すると共にそれらを制御する。
【００３２】
図３Ｂは、前照灯１００に相当する照明装置の構成例を示す断面図である。ＬＥＤ等の光源１を出た光は、リフレクタ２１により反射され、液晶素子３に集光される。液晶素子の前後には１枚ずつの偏光子Ｐ１，Ｐ２が配置される。液晶素子３を通過した光は再び広がりながら投影光学系１０のレンズに入光する。レンズ１０を出た光は前方に投影される。液晶素子の電極パターン部分がレンズの焦点になるように設計配置されている。液晶素子３の電極パターンに接続された端子部は、配光制御ユニット、駆動回路を含む制御回路２５に接続されている。なお、リフレクタの代わりにレンズ光学系を用いてもよい。
【００３３】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。種々の変形、改良、組み合わせ、置換などが可能なことは当業者に自明であろう。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３】
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