(57)【要約】【課題】簡単かつ安価な構成で、樹脂レンズの焦点変動に伴う結像性の低下を抑えることができ、樹脂レンズの焦点変動を利用して見やすい配光パターンを形成することもできる照明システムを提供する。【解決手段】光源１２からの光を樹脂レンズ１３に透過させる車両用灯具において、アクチュエータ１４が光源と１２樹脂レンズ１３との間の距離を変化させる。温度センサ１７は、光源１２および樹脂レンズ１３を含む環境の温度を検知する。制御部１８は、温度センサ１７からの温度情報に基づき、環境温度が高くなるほど光源１２と樹脂レンズ１３との間の距離が長くなるようにアクチュエータ１４を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源からの光が透過する樹脂レンズと、光源と樹脂レンズとの間の距離を変化させるアクチュエータと、樹脂レンズの焦点位置の変動量に基づいてアクチュエータを制御する制御部とを備えたことを特徴とする照明システム。
【請求項２】
前記光源および樹脂レンズを含む環境の温度を検知する温度センサを備え、前記制御部が、温度センサからの温度情報に基づいてアクチュエータを制御する請求項１記載の照明システム。
【請求項３】
前記制御部は、環境温度が高くなるほど光源と樹脂レンズとの間の距離が長くなるようにアクチュエータを制御する請求項２記載の照明システム。
【請求項４】
前記光源と樹脂レンズとの間に配置されたシェードによって車両前方にカットオフラインを形成する車両用灯具と、車両用灯具を搭載した車両の速度を検知する車速センサとを備え、前記制御部が、車速センサからの速度情報に基づいてアクチュエータを制御する請求項１記載の照明システム。
【請求項５】
前記制御部は、光源と樹脂レンズとの間の距離が車両の低速域で相対的に短く、車両の高速域で相対的に長くなるようにアクチュエータを制御する請求項４記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂レンズを用いた照明システムに関し、詳しくは、樹脂レンズの焦点位置の変動による不具合を解消したり、焦点位置の変動を利用して配光パターンを形成したりする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両用灯具のレンズには、広い画角で使用できる性能が求められているほか、ＡＤＢ(Adaptive Driving Beam)機能を備えた照明システムでは、投影レンズに高い結像性が要求されている。その一方で、車両用灯具のレンズには、重量、コスト、形状自由度などの理由から成形材料として樹脂が多用されている。しかし、樹脂レンズは、灯室や車体の温度によって屈折率や形状が変化し、焦点位置が変動しやすいため、自動車に搭載した際に、使用温度範囲の全域で所要の結像性を維持することが困難である。
【０００３】
そこで、従来、樹脂レンズの焦点位置の変動を抑えるために、特許文献１には、樹脂レンズの内部に冷風を送り込み、温度上昇を抑えてレンズの屈折率や焦点距離の変動を抑制する技術が提案されている。逆に、焦点位置の変動を利用するために、例えば、特許文献２には、ガラス製レンズの内部に光透過性液体を充填し、その液圧を制御することで、レンズの焦点距離を変化させ、配光パターンの変更自由度を高める技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２０４４００号公報
【特許文献２】特開平１１−６６９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の照明システムによると、樹脂レンズの焦点変動を抑える目的で、または、レンズの焦点変動を利用する目的で、どちらの場合も、レンズ内部に流体を送り込んでいるので、レンズ自体の構造が複雑になるばかりでなく、流体供給機構を付設する必要もあって、システム全体のコストが高くつくという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、簡単かつ安価な構成で、樹脂レンズの焦点変動に伴う結像性の低下を抑制することができるとともに、樹脂レンズの焦点変動を利用して見やすい配光パターンを形成することができる照明システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の照明システムは、光源と、光源からの光が透過する樹脂レンズと、光源と樹脂レンズとの間の距離を変化させるアクチュエータと、樹脂レンズの焦点位置の変動量に基づいてアクチュエータを制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記照明システムの用途は、特に限定されない。例えば車両用灯具など、環境温度の変化量が大きい用途において、樹脂レンズの焦点変動に伴う悪影響を抑えて、使用温度範囲の全域で所要の結像性を維持することができる。また、車両用灯具において、樹脂レンズの焦点変動を利用し、車両の速度に応じて車両前方のカットオフラインを見やすく変化させることもできる。
【０００９】
樹脂レンズの焦点変動に伴う悪影響を抑える観点からは、照明システムが、光源および樹脂レンズを含む環境の温度（例えば、車室や車体の温度）を検知する温度センサを備え、制御部が、温度センサからの温度情報に基づいてアクチュエータを制御する。例えば、制御部は、環境温度が高くなるほど光源と樹脂レンズとの間の距離が長くなるようにアクチュエータを制御することができる。
【００１０】
一方、樹脂レンズの焦点変動を利用する観点からは、照明システムが、光源と樹脂レンズとの間に配置されたシェードによって車両前方にカットオフラインを形成する車両用灯具と、車両用灯具を搭載した車両の速度を検知する車速センサとを備え、制御部が、車速センサからの速度情報に基づいてアクチュエータを制御する。例えば、制御部は、光源と樹脂レンズとの距離が車両の低速域で相対的に短く、車両の高速域で相対的に長くなるようにアクチュエータを制御することができる。
【００１１】
なお、アクチュエータとしては、特に限定されないが、例えば、電動モータ、電磁ソレノイド、圧電アクチュエータなど、各種のアクチュエータを使用できる。また、光源と樹脂レンズとの間の距離を変化せるために、アクチュエータは、光源に対して樹脂レンズを動かすこともでき、樹脂レンズに対して光源を動かすこともでき、光源と樹脂レンズの両方を動かしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の照明システムによれば、焦点位置の変動量に基づいてアクチュエータが光源と樹脂レンズとの間の距離を変化させるので、複雑な構造のレンズを使用することなく、安価な構成によって樹脂レンズの焦点変動に伴う結像性の低下を抑えることができるとともに、焦点変動を利用して見やすい配光パターンを形成することもできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１を示す照明システムの概略図である。
【図２】樹脂レンズの温度依存性を示す特性図である。
【図３】実施例１の照明システムの作用説明図である。
【図４】本発明の実施例２を示す照明システムの概略図である。
【図５】車速と焦点距離とカットオフラインとの相関性を示す特性図である。
【図６】実施例２の照明システムの作用説明図である。
【図７】本発明の変更例を示す照明システムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３は実施例１の照明システム１１を示し、図４〜図６が実施例２の照明システム２１を示す。図７は、アクチュエータの異なる駆動方式を示し、実施例１，２の照明システムに採用可能である。各図において、同一の符号は同一または類似する構成要素を示す。
【実施例１】
【００１５】
実施例１の照明システム１１は、車両用灯具において、温度変化に伴う樹脂レンズの焦点変動を抑制するように構成されている。図１に示す照明システム１１は、車両用灯具のハウジング（図示略）内に、半導体発光素子からなる光源１２と、光源１２からの光を透過させる透明樹脂製のレンズ（樹脂レンズ）１３と、光源１２と樹脂レンズ１３との間の距離（Ｌ）を変化させるアクチュエータ１４とを備えている。
【００１６】
光源１２は灯具ハウジング内の所定位置に固定的に配置され、樹脂レンズ１３が支持部材１５により光源１２に対して移動可能に支持されている。アクチュエータ１４は、支持部材１５に連結されるシャフト１６を備え、シャフト１６の回転または直線移動によって、樹脂レンズ１３をその光軸Ａに沿って前後に移動する。図１には、常温時における樹脂レンズ１３の基準位置が示されている。このとき、樹脂レンズ１３の焦点（Ｆ）は光源１２の発光点と一致し、光源１２の発光点と樹脂レンズ１３の中心線との間の距離（Ｌ）が樹脂レンズ１３の焦点距離（ｆ）と一致している。
【００１７】
実施例１の照明システム１１は、さらに、灯室または車体の環境温度を検知する温度センサ１７と、温度センサ１７からの温度情報に基づいてアクチュエータ１４を制御する制御部１８とを備えている。制御部１８は、灯具ハウジング内のランプＥＣＵまたは車体側の車両ＥＣＵのプロセッサーによって機能的に実現され、実施例１の照明システム１１では、環境温度が高くなるほど光源１２と樹脂レンズ１３との間の距離（Ｌ）が長くなるように、アクチュエータ１４を制御する。
【００１８】
樹脂レンズ１３の焦点距離は、環境温度の変化に応じて図２の特性図に示すように変化する。図２（ａ）は、常温（２０℃）時の焦点距離が５７ｍｍである樹脂レンズの温度依存性を示す。ここで、樹脂レンズの焦点距離は、環境温度が０℃であるとき５６．７ｍｍ、２０℃であるとき５７ｍｍ、４０℃であるとき５７．３ｍｍ、８０℃であるとき５８ｍｍと、環境温度の変化に伴って変動する。
【００１９】
そして、焦点距離の変動に伴い、レンズ前方のスクリーン上に投射されたスポット光の大きさを示す指標値であるＲＭＳ（Root Mean Square）半径が、２０℃で最小値を示し、０℃および４０℃で共に倍増し、８０℃で最大値を呈す。したがって、樹脂レンズの熱変形を考慮しない従来の照明システムによると、そのレンズが形成するスポット光の形状が環境温度の変化によって大きく変動し、車両用灯具の結像性が乱れるという不具合がある。
【００２０】
図２（ｂ）には、従来と同じ仕様値の樹脂レンズ１３を用いて、温度変化による結像性の乱れを解消するためのレンズ移動量が例示されている。この移動量は、環境温度を変化させ、樹脂レンズ１３を基準位置からスポット光が常温時とほぼ同じ大きさに見える位置まで移動したときの変位量を測定した実験結果である。例えば、環境温度が２０℃から０℃に低下したときには、樹脂レンズ１３を基準位置から後方へ０．３ｍｍ（−０．３ｍｍ）移動すれば、スポット光のＲＭＳ半径を常温時のそれとほぼ近似させることができる。
【００２１】
環境温度が２０℃から４０℃に上昇したときには、樹脂レンズ１３を基準位置から前方へ０．３ｍｍ（＋０．３ｍｍ）移動すれば、スポット光のＲＭＳ半径を常温時のそれとほぼ近似させることができる。環境温度が８０℃まで上昇したときには、樹脂レンズ１３を基準位置から前方へ１．０ｍｍ（＋１．０ｍｍ）移動することによって、スポット光の大きさを従来と比較して大幅に縮小させることができる。したがって、図２（ｂ）に例示したような環境温度とレンズ移動量との相関データをメモリに格納しておけば、制御部１８は温度センサ１７からの温度情報に基づいてアクチュエータ１４を的確に制御することができる。
【００２２】
図３は、制御部１８によるアクチュエータ１４の制御例を示す。図３（ａ）に示すように、常温時には、光源１２と樹脂レンズ１３との間の距離（Ｌ）が樹脂レンズ１３の焦点距離（ｆ）と等しくなっている。図３（ｂ）に示すように、環境温度が低下し、樹脂レンズ１３が収縮すると、制御部１８は、樹脂レンズ１３が所要距離（α）だけ後退するようにアクチュエータ１４を制御し、光源１２と樹脂レンズ１３との間の距離を（Ｌ’＝ｆ−α）まで短縮する。逆に、図３（ｃ）に示すように、環境温度が上昇し、樹脂レンズ１３が膨張すると、制御部１８は、樹脂レンズ１３が所要距離（α）だけ前進するようにアクチュエータ１４を制御し、光源１２と樹脂レンズ１３との間の距離を（Ｌ”＝ｆ＋α）まで伸ばす。
【００２３】
実施例１の照明システム１１によれば、環境温度が高くなるほど光源１２と樹脂レンズ１３との間の距離が長くなるように、制御部１８がアクチュエータ１４を制御するので、温度上昇に伴って樹脂レンズ１３の焦点距離が短くなった場合でも、スポット光Ｓの大きさをほぼ一定に保ち、車両用灯具の使用温度範囲の全域で高い結像性を維持することができる。したがって、流体圧を用いてレンズの焦点位置を制御していた従来技術と比較し、より簡単かつ安価な構成で樹脂レンズ１３の焦点変動に伴う悪影響を解消することができる。
【実施例２】
【００２４】
実施例２の照明システム２１は、車両用灯具において、車速に連動してカットオフラインの視認性を改善するように構成されている。図４に示す照明システム２１は、車両用前照灯のハウジング（図示略）内に、半導体発光素子からなる光源１２と、光源１２の発光を反射するリフレクタ２２と、リフレクタ２２からの反射光を透過させる樹脂製の投影レンズ（樹脂レンズ）２３と、投影レンズ２３と光源１２との間に配置されたシェード２４と、シェード２４と投影レンズ２３との間の距離（ｆ）を変化させるアクチュエータ１４とを備え、シェード２４によって車両前方にカットオフラインＣＬ（図６参照）を形成するようになっている。
【００２５】
光源１２は灯具ハウジング内の光源ベース２５上に固定的に配置され、投影レンズ２３がアクチュエータ１４のシャフト１６に連結されている。アクチュエータ１４は、光源ベース２５に固定され、シャフト１６の回転または直線移動によって、投影レンズ２３をその光軸Ａに沿って前後に移動する。図４には、常温時における樹脂レンズ２３の基準位置が示されている。このとき、樹脂レンズ２３の焦点（Ｆ）はシェード２４の基準点と一致し、シェード２４の基準点と投影レンズ２３の入射側端面との間の距離（ａ）が樹脂レンズ２３の焦点距離（ｆ）と一致している。シェード２４と光源１２との距離（ｂ）は変化しないため、距離（ａ）を変えることで、光源１２と投影レンズ２３との間の距離（Ｌ＝ａ＋ｂ）も同等量変化する。
【００２６】
実施例２の照明システム２１は、さらに、車体の速度を検知する車速センサ２７と、車速センサ２７からの速度情報に基づいてアクチュエータ１４を制御する制御部２８とを備えている。制御部２８は、車体側に設けられた車両ＥＣＵのプロセッサーによって機能的に実現され、実施例２の照明システム２１では、車両点検者または運転者によるカットオフラインの見やすさを改善するために、光源１２と投影レンズ２３との間の距離が車両の低速域で相対的に短く、車両の高速域で相対的に長くなるようにアクチュエータ１４を制御する。
【００２７】
図５は、車速とカットオフラインの鮮明度との相関特性を示す。停車状態では車両点検者がカットオフラインの形状を容易に点検でき（テスター性向上）、低速域では車両前方の歩行者に与えるグレアを軽減する目的で、カットオフラインを鮮明に形成するのが好ましく、そのために、投影レンズ２３の焦点（Ｆ）はシェード２４の基準点と一致する位置にあるのが望ましい（図６ａ参照）。低速〜中速域では、走りやすさを提供する目的で、運転者にカットオフラインをボケた状態で見せるのが好ましく、そのために、投影レンズ２３の焦点（Ｆ）はシェード２４の後方に位置しているのが望ましい（図６ｂ参照）。
【００２８】
また、中速〜高速域では、走りやすさを提供し、かつ遠方視界を確保する目的で、運転者にカットオフラインをボケた状態で見せつつ、遠方に集光するのが好ましく、そのために、投影レンズ２３の焦点（Ｆ）はシェード２４の前方に位置しているのが望ましい（図６ｃ参照）。光源２４〜投影レンズ２３の焦点（Ｆ）までの距離を離すことにより、配光パターンの像全体が縮小し、集光される。したがって、図５に例示したような車速とカットオフラインの相関特性を考慮して、シェード２４と投影レンズ２３との間の距離（ａ）を求め、その数値化データをメモリに格納しておくことで、制御部２８は車速センサ２７からの速度情報に基づいてアクチュエータ１４を的確に制御することができる。
【００２９】
図６は、制御部２８によるアクチュエータ１４の制御例を示す。図６（ａ）に示すように、車両の停止〜低速域では、シェード２４と投影レンズ２３との間の距離（ａ）が投影レンズ２３の焦点距離（ｆ）と一致している（ａ＝ｆ）。図６（ｂ）に示すように、車両が低速〜中速域で走行するときには、制御部２８が投影レンズ２３の後方変位量（α）を求め、アクチュエータ１４が投影レンズ２３を後方へ移動し、その焦点（Ｆ）をシェード２４の後側に配置し、シェード２４と投影レンズ２３との間の距離を（ａ’＝ｆ−α）に変化させる。また、図６（ｃ）に示すように、中速〜高速域の走行中には、制御部２８が投影レンズ２３の前方変位量（α）を求め、アクチュエータ１４が投影レンズ２３を前方へ移動し、その焦点（Ｆ）をシェード２４の前側に配置し、シェード２４と投影レンズ２３との間の距離を（ａ”＝ｆ＋α）に変化させる。
【００３０】
実施例２の照明システム２１によれば、シェード２４と投影レンズ２３との間の距離（ａ）が車両の低速域で相対的に短く、車両の高速域で相対的に長くなるように、制御部２８がアクチュエータ１４を制御するので、停車状態ではカットオフラインのテスター性を向上させ、又、低速域では歩行者へのグレアを軽減し、高速域では運転者に走りやすさを提供するなど、投影レンズ２３の焦点変動を巧みに利用して、簡単かつ安価な構成で車速に応じた見やすい配光パターンを形成できるという利点がある。
【００３１】
なお、上記実施例１，２では、光源と樹脂レンズとの間の距離を変化せるために、アクチュエータが光源に対して樹脂レンズを移動しているが、図７に示すように、アクチュエータ１４が光源１２を樹脂レンズや投影レンズ２３に対して移動するように構成することもできる。その他、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の形状や構成を適宜変更して実施することも可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１１    照明システム（実施例１）
１２    光源
１３    樹脂レンズ
１４    アクチュエータ
１７    温度センサ
１８    制御部
２１    照明システム（実施例２）
２２    リフレクタ
２３    投影レンズ（樹脂レンズ）
２４    シェード
２７    車速センサ
２８    制御部
【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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