(57)【要約】【課題】スポット配光パターンを照射する車両用灯具において、視認性の低下を抑制する。【解決手段】スポットビーム照射用灯具ユニット１０は、第１ＬＥＤ１１および第２ＬＥＤ１２を搭載するための光源搭載部１３と、第１ＬＥＤ１１および第２ＬＥＤ１２からの光の一部を遮蔽してスポット配光パターンを形成する液晶シェード２０とを備える。液晶シェード２０は、スポット配光パターンにおける明暗の境界をぼかすための透過率可変部を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を搭載するための光源搭載部と、
前記光源からの光を制御してスポット配光パターンを形成するスポット配光形成部と、
を備える車両用灯具であって、
前記スポット配光形成部は、スポット配光パターンにおける明暗の境界をぼかすためのぼかし部を備えることを特徴とする車両用灯具。
【請求項２】
前記スポット配光形成部は、前記光源からの光の一部を遮蔽してスポット配光パターンを形成する液晶シェードを備え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】
前記液晶シェードは、
一対の透明基板と、
前記一対の透明基板の間に設けられた液晶層であって、液晶の配置された液晶領域と、液晶の配置されていない非液晶領域とを有する液晶層と、
前記液晶領域に対応する部分に配置された一対の偏光板と、
前記非液晶領域の周囲に沿うように形成された透過率可変部であって、内縁から外縁かけて光透過率が減少するよう形成された透過率可変部と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具。
【請求項４】
前方車の存在を示す情報を受信した場合に、前記液晶シェードを制御して前方車の位置に対応する部分の光量を減光する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項２または３に記載の車両用灯具。
【請求項５】
前記制御部は、霧の発生情報を受信した場合に、前記液晶シェードを制御して水平線よりも上方を照射する部分の光量を減光することを特徴とする請求項４に記載の車両用灯具。
【請求項６】
前記スポット配光形成部を通過した光を灯具前方に照射するレンズと、
前記レンズに形成された熱線反射膜と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から５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、スポット配光パターンを形成可能な車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、対向車へのグレアを抑制しつつ、車両から２０ｍ以上前方の道路形状や各種標識の視認性を向上するために、通常のロービームに加えてスポットビームを照射可能に構成された車両用灯具が知られている（例えば特許文献１参照）。車両周囲の状況に応じてスポットビームを移動させることにより、運転者に視認性に優れた照明を提供できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭４７−６６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば上述の特許文献１に開示されるように、金属製のシャッターを用いて光源からの光の一部を遮光してスポットビームを形成した場合、スポットビームの明暗境界線が路面や道路標識などにはっきりと投影され、本来の目的とは逆に視認性が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、スポット配光パターンを照射する車両用灯具において、視認性の低下を抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用灯具は、光源を搭載するための光源搭載部と、光源からの光を制御してスポット配光パターンを形成するスポット配光形成部とを備える。スポット配光形成部は、スポット配光パターンにおける明暗の境界をぼかすためのぼかし部を備える。
【０００７】
スポット配光形成部は、光源からの光の一部を遮蔽してスポット配光パターンを形成する液晶シェードを備えてもよい。
【０００８】
液晶シェードは、一対の透明基板と、一対の透明基板の間に設けられた液晶層であって、液晶の配置された液晶領域と、液晶の配置されていない非液晶領域とを有する液晶層と、液晶領域に対応する部分に配置された一対の偏光板と、非液晶領域の周囲に沿うように形成された透過率可変部であって、内縁から外縁かけて光透過率が減少するよう形成された透過率可変部とを備えてもよい。
【０００９】
前方車の存在を示す情報を受信した場合に、液晶シェードを制御して前方車の位置に対応する部分の光量を減光する制御部をさらに備えてもよい。
【００１０】
制御部は、霧の発生情報を受信した場合に、液晶シェードを制御して水平線よりも上方を照射する部分の光量を減光してもよい。
【００１１】
スポット配光形成部を通過した光を灯具前方に照射するレンズと、レンズに形成された熱線反射膜と、をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スポット配光パターンを照射する車両用灯具において、視認性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係るスポットビーム照射用灯具ユニットが組み込まれた車両用前照灯の概略断面図である。
【図２】本実施形態に係るスポットビーム照射用灯具ユニットを説明するための図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、液晶シェードを説明するための図である。
【図４】本実施形態に係る車両用前照灯により車両前方に形成される配光パターンを説明するための図である。
【図５】車両用前照灯のシステム構成を説明するための図である。
【図６】液晶シェードの変形例を説明するための図である。
【図７】車両用前照灯の高さから見た前方視野を示す図である。
【図８】路面５ｍ〜４０ｍ間の反射特性を示す図である。
【図９】スポットビームの最大／最小路面照度目標を示す図である。
【図１０】スポットビームの最大／最小光度目標を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、道路標識・案内標識の設置基準を示す図である。
【図１２】案内標識に対するドライバの認知行動を示す図である。
【図１３】道路種別と判読距離を示す図である。
【図１４】標識板白色輝度の診断評価基準を示す図である。
【図１５】順応輝度とその順応輝度下で感じる視対象輝度の明るさの関係を示す図である。
【図１６】スポットビームの照射光度を示す図である。
【図１７】左向き度且つ鉛直線方向のスポットビームの光度分布を示す図である。
【図１８】上向き度且つ水平方向のスポットビームの光度分布を示す図である。
【図１９】スポットビームのスクリーン配光例を示す図である。
【図２０】図２０（ａ）〜図２０（ｃ）は、図１９に示す配光を達成するための３つの配光を示す図である。
【図２１】拡散配光を形成する光学系の実施例を示す図である。
【図２２】図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、標識配光を形成する光学系の実施例を示す図である。
【図２３】図２３（ａ）および図２３（ｂ）は、集光配光を形成する光学系の実施例を示す図である。
【図２４】集光配光を形成する光学系の別の実施例を示す図である。
【図２５】ベースビームの配光例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るスポットビーム照射用灯具ユニットが組み込まれた車両用前照灯の概略断面図である。図１に示すように、車両用前照灯２４は、ハイビーム照射用灯具ユニット２６と、ロービーム照射用灯具ユニット２８と、スポットビーム照射用灯具ユニット１０とを備える。
【００１６】
図１に示す車両用前照灯２４は、車両の車幅方向の左右に１灯ずつ配置される前照灯であり、その構造は実質的に左右同等なので代表して車両右側に配置される車両用前照灯の構造を説明する。
【００１７】
図１に示すように、車両用前照灯２４は、ランプボディ３２と、ランプボディ３２の前端開口部に取り付けられた透光カバー３４とで形成される灯室３６内に、ハイビーム照射用灯具ユニット２６、ロービーム照射用灯具ユニット２８、およびスポットビーム照射用灯具ユニット１０が収容された構成となっている。各灯具ユニットは、それぞれ図示しない支持部材によって、ランプボディ３２に取り付けられている。また、灯具の存在領域に開口部を有するエクステンション部材３８がランプボディ３２または透光カバー３４に固定され、ランプボディ３２の前面開口部と灯具との間の領域が前方に対して覆われている。
【００１８】
ロービーム照射用灯具ユニット２８は、従来周知の反射型の灯具ユニットであり、光源バルブ４０と、リフレクタ４２とを有する。ロービーム照射用灯具ユニット２８は、光源バルブ４０から出射した光をリフレクタ４２に反射させて、リフレクタ４２から前方に向かう光の一部を図示しない遮光板でカットして所定のカットオフラインを有するロービーム用の配光パターンを形成する。光源バルブ４０の先端には光源バルブ４０から直接前方に出射する光をカットするシェード４４が設けられている。なお、ロービーム照射用灯具ユニットの構成は特にこれに限定されない。
【００１９】
ハイビーム照射用灯具ユニット２６もまた、反射型の灯具ユニットであり、光源バルブ４６と、リフレクタ４８とを有する。ハイビーム照射用灯具ユニット２６は、光源バルブ４６から出射した光をリフレクタ４８に反射させて、ハイビーム用の配光パターンを形成する。なお、ハイビーム照射用灯具ユニットの構成は特にこれに限定されない。
【００２０】
図２は、本実施形態に係るスポットビーム照射用灯具ユニット１０を説明するための図である。本実施形態に係るスポットビーム照射用灯具ユニット１０は、プロジェクタ型の灯具ユニットとして構成されている。スポットビーム照射用灯具ユニット１０は、液晶シェードを用いて光源からの光を制御し、スポット配光パターンを照射する。
【００２１】
スポットビーム照射用灯具ユニット１０は、光源としての第１ＬＥＤ１１および第２ＬＥＤ１２と、第１ＬＥＤ１１および第２ＬＥＤ１２を搭載するための板状部材である光源搭載部１３と、第１ＬＥＤ１１からの光を前方へ反射する第１リフレクタ１４と、第２ＬＥＤ１２からの光を前方へ反射する第２リフレクタ１５と、第１リフレクタ１４および第２リフレクタ１５からの反射光の一部を遮光する液晶シェード２０と、液晶シェード２０を通過した光を灯具前方に投影する投影レンズ１６とを備える。
【００２２】
投影レンズ１６は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズである。投影レンズ１６は、その後側焦点面（すなわち投影レンズ１６の後側焦点Ｆを含む焦点面）上に形成される像を、反転像として灯具前方に投影する。投影レンズ１６の後方側表面上には、熱線反射膜１７が形成されている。熱線反射膜１７は、太陽光の熱線が液晶シェード２０に集光して液晶シェード２０が損傷するのを防止する。
【００２３】
第１ＬＥＤ１１および第２ＬＥＤ１２は、１ｍｍ四方程度の大きさの発光チップを有する白色発光ダイオードである。第１ＬＥＤ１１は、その照射方向が鉛直上方を向くように光源搭載部１３の上面に配置される。第２ＬＥＤ１２は、その照射方向が鉛直下方を向くように光源搭載部１３の下面に配置される。
【００２４】
第１リフレクタ１４および第２リフレクタ１５は、鉛直断面形状が略楕円形状であり、水平断面形状が楕円をベースとした自由曲面形状を有する反射面が内側に形成された反射部材である。第１リフレクタ１４は、その第１焦点が第１ＬＥＤ１１と略一致し、第２焦点が投影レンズ１６の後側焦点Ｆと略一致するように配置される。第２リフレクタ１５は、その第１焦点が第２ＬＥＤ１２と略一致し、第２焦点が投影レンズ１６の後側焦点Ｆと略一致するように配置される。
【００２５】
液晶シェード２０は、投影レンズ１６の後側焦点Ｆにおいて、光軸Ａｘと直交する鉛直面に沿って配置されている。液晶シェード２０は、第１リフレクタ１４および第２リフレクタ１５からの反射光の一部を遮蔽してスポット配光パターンを形成する。液晶シェード２０の駆動方式は特に限定されず、ＴＮ（Twisted Nematic）方式、ＶＡ（Vertical Alignment）方式、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式等を用いることができる。
【００２６】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、液晶シェード２０を説明するための図である。図３（ａ）は、液晶シェード２０の概略断面図であり、図３（ｂ）は、液晶シェード２０の概略正面図である。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、液晶シェード２０は、車両前後方向に所定間隔をおいて配置された一対の透明基板２１と、これら一対の透明基板２１の間に配置された液晶層２２と、一対の透明基板２１の外面に配置された一対の偏光板２３とを備えてなり、その周囲を枠体２５により固定支持されている。
【００２８】
一対の透明基板２１は、いずれもガラス基板で構成されており、各透明基板２１の内面には、図示しない透明電極および配向膜が形成されている。そして、これら一対の透明基板２１は、図３（ｂ）に示すように光軸Ａｘを中心として横長矩形状に形成されており、第１リフレクタ１４および第２リフレクタ１５からの反射光のほぼ全てを後方側の透明基板２１に入射させるようになっている。
【００２９】
液晶層２２においては、一対の透明基板２１の間における一部領域にのみ液晶が配置されている。言い換えると、液晶層２２は、液晶の配置された液晶領域２２ａと、液晶の配置されていない非液晶領域２２ｂとを有する。図３（ｂ）に液晶領域２２ａおよび非液晶領域２２ｂを示す。非液晶領域２２ｂは、光軸Ａｘを中心とした横長矩形状の領域である。非液晶領域２２ｂの大きさは、車両前方に投影するスポットビームの大きさに応じて任意に設定できる。例えば、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おいて上下方向に±２度且つ左右方向に±３度の大きさのスポット配向パターンが形成されるよう非液晶領域２２ｂの大きさを定めることができる。液晶領域２２ａは、液晶層２２における非液晶領域２２ｂの外側の領域である。
【００３０】
一対の偏光板２３は、一対の透明基板２１の外面における、液晶領域２２ａに対応する部分にのみ配置されている。透明基板２１の外面における非液晶領域２２ｂに対応する部分には偏光板が配置されていない。
【００３１】
一対の透明基板の間の略全域にわたって液晶を配置し、これに対応して偏光板も透明基板の外面の略全域にわたって配置した場合も、一部の領域の光透過率が高くなるよう液晶の配向状態を制御することでスポット配光パターンを形成可能である。但し、この場合、第１リフレクタ１４および第２リフレクタ１５からの反射光が一対の偏光板および液晶層を通過することになるので、スポットビームの強度が低下する。本実施形態のように、非液晶領域２２ｂを設けることにより、スポットビームの強度低下を抑制できる。
【００３２】
図３（ｂ）に示すように、液晶シェード２０は、非液晶領域２２ｂの周囲に沿うように形成された透過率可変部２７（破線で図示された領域）を備える。透過率可変部２７は、非液晶領域２２ｂを囲うように設けられた枠状の領域である。この透過率可変部２７は、その枠状領域の内縁２７ａから外縁２７ｂかけて光透過率が徐々に減少するよう、液晶の配向状態が制御される。例えば、内縁２７ａの光透過率が非液晶領域２２ｂの光透過率の８０％程度となり、内縁２７ａから外縁２７ｂにかけてリニアに光透過率が減少し、外縁２７ｂの光透過率が非液晶領域２２ｂの光透過率の２０％程度となるように制御される。
【００３３】
図４は、本実施形態に係る車両用前照灯により車両前方に形成される配光パターンを説明するための図である。図４は、車両が片側１車線（両側２車線）の直線舗装道路を走行している場合において、車両用前照灯２４の位置から車両前方路面を透視的に見て示す図に、車両用前照灯２４から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重ねて示す図である。
【００３４】
図４には、水平線Ｈ−Ｈと、鉛直線Ｖ−Ｖと、水平線Ｈ−Ｈと鉛直線Ｖ−Ｖの交点であるＨ−Ｖ点（透視図の消点）とが図示されている。図４には、配光パターンとして、ロービーム照射用灯具ユニット２８により照射されるロービーム配光パターンＬＢと、スポットビーム照射用灯具ユニット１０により照射されるスポット配光パターンＳＢとが図示されている。スポット配光パターンＳＢは、スポットビーム照射用灯具ユニット１０の光軸を移動させることにより、上下左右方向に移動可能である。
【００３５】
図４に示すように、スポット配光パターンＳＢは、液晶シェード２０の非液晶領域２２ｂを通過した光により形成されるホットゾーンＨＺと、液晶シェード２０の透過率可変部２７を通過した光により形成される光強度変化ゾーンＶＺとから構成される。光強度変化ゾーンＶＺは、内縁部から外縁部にかけて光強度が減少している。このように、ホットゾーンＨＺの周囲に光強度変化ゾーンＶＺを設けることにより、スポット配光パターンＳＢの明暗境界がぼかされ、目立たなくなる。これにより、明暗境界線の存在による視認性の低下を回避でき、スポットビームを照射する本来の目的、すなわち視認性の向上を達成できる。
【００３６】
スポットビーム照射用灯具ユニット１０を図１に示すように車両用前照灯２４に組み込む場合、スポットビーム照射用灯具ユニット１０の光軸Ａｘは、車両用前照灯２４の光軸から見て２度下、且つ３度左に位置するようにしてもよい。そうすることにより、スポットビーム照射用灯具ユニット１０のホットゾーンＨＺは、スポットビーム照射用灯具ユニット１０の角度で左６度〜０度、上０度〜下４度となる。
【００３７】
スポットビーム照射用灯具ユニット１０は、対向車や先行車（以下、前方車と呼ぶ）の存在状況や車速、道路形状等の条件により、光軸Ａｘを移動可能に構成されてもよい。また、液晶領域２２ａは、液晶の作動により透過率を変化させることが可能であるので、前方車の存在状況に応じて液晶領域２２ａの透過率を変化させてもよい。例えば、前方車が存在する場合には、その前方車の位置に対応する部分の光量を減光しつつ、その周囲の光量を高めるような制御を行ってもよい。これにより、前方車にグレアを与えることなく、前方車の周囲の視認性を高めることができる。また、先行車が存在しない場合には、案内標識を適切な明るさで視認できるように透過率を制御してもよい。
【００３８】
図５は、車両用前照灯のシステム構成を説明するための図である。なお、本明細書において示される各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００３９】
図５に示すように、車両用前照灯システム６０は、前方監視システムＥＣＵ５０と、配光制御ＥＣＵ５１と、車載カメラ５２と、レーザレーダ５３と、車速センサ５４と、ヘッドランプスイッチ５５と、ワイパスイッチ５６と、ドライバ回路５７と、ロービーム照射用灯具ユニット２８と、ハイビーム照射用灯具ユニット２６と、スポットビーム照射用灯具ユニット１０と、スポットメカ駆動装置５８とを備える。
【００４０】
前方監視システムＥＣＵ５０は、車載カメラ５２やレーザレーダ５３などの情報を基に、前方車の検出、走路形状の測定を行う。走路形状は、ＧＰＳナビゲーションシステムを用いて行ってもよい。
【００４１】
配光制御ＥＣＵ５１は、前方監視システムＥＣＵ５０からの前方車の存在情報や道路形状、車速センサ５４からの自車の車速情報などを基に配光制御内容を決定し、ドライバ回路５７に伝達する。ドライバ回路５７は、その内容に基づきロービーム照射用灯具ユニット２８、ハイビーム照射用灯具ユニット２６、スポットビーム照射用灯具ユニット１０の点灯制御や調光を行う。また、ドライバ回路５７は、スポットメカ駆動装置５８を駆動し、スポットビーム照射用灯具ユニット１０の光軸を移動させる。
【００４２】
以下、車両用前照灯システム６０の制御例を説明する。ロービーム照射用灯具ユニット２８は、ヘッドランプスイッチ５５のオンにより常時点灯する。スポットビーム照射用灯具ユニット１０は、車両が停止状態や一定車速以下の場合には、光軸Ａｘの前方延長点が仮想鉛直スクリーン上におけるＨ−Ｖ点から下向き２度且つ左向き３度の点に位置するよう制御される。そして、車速が例えば４０ｋｍ／ｈ以上となった場合、点灯を開始し、８０ｋｍ／ｈでフルパワーで点灯する。
【００４３】
路上に前方車が存在しない場合、ハイビーム照射用灯具ユニット２６が点灯される。また、スポットビーム照射用灯具ユニット１０は、ハイビームを補助するために、光軸Ａｘの前方延長点がＨ−Ｖ点から下向き０．５度且つＶ−Ｖ線上に位置し、液晶領域２２ａの透過率が最大となるように制御される。
【００４４】
対向車は存在するが先行車が存在しない場合、スポットビーム照射用灯具ユニット１０は、遠方障害物の視認性を向上するために、光軸Ａｘの前方延長点がＨ−Ｖ点から下向き０．５度且つ左向き３度の点に位置するよう制御される。それとともに、スポットビーム照射用灯具ユニット１０は、液晶領域２２ａの透過率を最大あるいは最適に調整し、案内板の視認性を向上させる。
【００４５】
また、前方監視システムＥＣＵ５０および配光制御ＥＣＵ５１は、ワイパスイッチ５６の状態や車載カメラ５２の情報を基に霧の発生を判定する。霧が発生していると判定された場合、スポットビーム照射用灯具ユニット１０は、霧による光膜の発生を抑えるべく、液晶シェード２０を制御して水平線Ｈ−Ｈよりも上方を照射する部分の光量を減光する。光膜の発生を抑えることにより、グレアを抑制できる。
【００４６】
霧の発生時には、レーンマーク（白線）と路面との輝度コントラストが晴天時に比べ低下する。従って、輝度コントラストに基づいても霧の発生を判定できる。なお、雨天時にはレーンマークと路面の輝度コントラストは高くなるが、雨天時でも路面が冠水している場合にはレーンマークが全く見えなくなるので、輝度コントラストは霧発生時よりも低下する。
【００４７】
図６は、液晶シェードの変形例を説明するための図である。図６に示す液晶シェード２０は、液晶領域２２ａおよび非液晶領域２２ｂの形状が図３に示す液晶シェードと異なっている。図６に示す液晶シェード２０は、略上半分の領域が非液晶領域２２ｂとされ、略下半分の領域が液晶領域２２ａとされている。また、光軸Ａｘの周辺領域が非液晶領域２２ｂとされている。本変形例に係る液晶シェード２０においても、非液晶領域２２ｂの周囲に沿うように透過率可変部２７（破線で図示された領域）が設けられている。透過率可変部２７は、非液晶領域２２ｂに近づくにつれ、光透過率が徐々に減少するよう液晶の配向状態が制御される。本変形例においても透過率可変部２７を設けることにより、スポット配光パターンの明暗境界がぼかされ、目立たなくなる。これにより、明暗境界線の存在による視認性の低下を回避できる。
【００４８】
上述の実施形態では、スポットビームの外縁をぼかす技術について説明した。より視認性に優れたスポットビームを提供するためには、路面の輝度分布を考慮してスポットビームの明暗境界をぼかす必要がある。以下、視認性に優れたスポットビームについて考察する。
【００４９】
図７は、車両用前照灯の高さ（０．６５ｍ）から見た前方視野を示す。スポットビームは、車両前方１０ｍ（３．７度）より前方の路面を照らす。１０ｍより前方には主視認対象が存在する。そのため、１０ｍより前方の照射範囲の路面にムラが発生すると非常に器になり、煩わしさを感じる。そこで、夜間、この範囲がどの程度のムラとなると気づくかが問題となる。
【００５０】
霧の視程は霧の中で視対象の見える限界距離で決められている。そして、そのときの限界輝度コントラストは５％とされている。これは、霧の中では５％の輝度コントラスト以下ではムラとして気づかなくなるということである。従って、路面の輝度勾配も路面に光が到達していると気がつく範囲内では手前路面（高輝度）から遠方路面（低輝度）の路面輝度を５％以下で単調減少させる必要がある。遠方路面から考える場合には単調増加である。この条件を満たさないと路面にムラが発生する。
【００５１】
次に、５％の輝度勾配はどの程度の視角サイズがあると気づくかが問題となる。これについては、視力の観点から説明する。視力はＣ環の隙間を弁別できる視角サイズ（単位は分）の逆数で定義される。１分のＣ環の隙間を弁別できる眼は視力１と定義される。しかしながら、昼間に矯正視力で１．５あった視力も環境の明るさで変化し、夜間（順応輝度１ｃｄ／ｍ２）では０．７程度に低下する。視力０．７の分解能は約１．５分である。従って、路面のムラを感じさせないようにするためには、手前路面（高輝度）から遠方路面（低輝度）を視角サイズ１．５分で分割し、その路面輝度勾配で考えれば、その輝度勾配が５％以下の単調減少であれば路面のムラは気にならないと考えられる。
【００５２】
図８は、路面５ｍ〜４０ｍ間の反射特性を示す。図８において、横軸は前方距離（ｍ）縦軸は輝度係数（ｃｄ／ｍ２／ｌｘ）である。輝度係数に照度を乗算することにより輝度に変換できる。図８に示すように、輝度係数は、車両前方に行くに従いやや低下傾向にあるが、ほぼ一定（０．０１ｃｄ／ｍ２／ｌｘ）である。従って、路面の輝度勾配の代替として路面照度で規定しても差し支えない。
【００５３】
図９は、スポットビームの最大／最小路面照度目標を示す。図９は、１灯時の最大路面照度目標９０および最小路面照度目標９１を示す。最大路面照度目標９０は、１０ｍ〜４５ｍ（約０．８度）間では６０〜３０ｌｘへと単調減少させ、４５ｍ〜７５ｍ間ではさらに減衰率を高め、１．５分あたりの減衰率５％にて路面照度を減衰させている。最小路面照度目標９１は、１０ｍ〜７５ｍ間を約１０ｌｘ程度で単調減少させている。
【００５４】
２灯合成であれば、最大の路面輝度は１０ｍ〜４５ｍ間で１．２〜０．６ｃｄ／ｍ２に単調減少し、さらに４５ｍ〜７５ｍ間では０．６ｃｄ／ｍ２〜約０．３ｃｄ／ｍ２に単調減少する。
【００５５】
なお、現状のガスディスチャージヘッドランプ（ＧＤＨＬ）のロービーム１灯における５ｌｘ到達距離は７０ｍ程度である。スポットビームはベースビーム（すなわちロービーム）に付加して使用する。
【００５６】
図９に示す最小路面照度目標であっても７５ｍより前方の照度を向上させるので使用効果が発生する。ｌ
【００５７】
なお、路面輝度Ｌ（ｃｄ／ｍ２）は、ヘッドランプからの照射距離をＤ（ｍ）、その照射光度をＩ（ｃｄ）、それによる照度をＥ（ｌｘ）、路面の輝度係数をＲ（＝０．０１で一定）（ｃｄ／ｍ２／ｌｘ）とすれば、下記の（１）式で計算される。
Ｌ＝Ｒ×Ｅ＝Ｒ×Ｉ／Ｄ２＝０．０１×Ｉ／Ｄ２  ・・・（１）
【００５８】
図１０は、スポットビームの最大／最小光度目標を示す。図１０は、１灯時の最大光度目標１００および最小光度目標１０１を示す。図１０に示す最大／最小光度目標は、上記の前提条件を基にしたスポットビームの配光である。図１０に示すように、仮想鉛直スクリーン上におけるＨ−Ｖ点から下向き０．５度の光度を最大約８０，０００ｃｄ〜最小約３０，０００ｃｄとし、それ以下では単調減少させる。Ｈ−Ｖ点から下向き３度で最大約８，０００ｃｄ〜最小約２，０００ｃｄとしている。
【００５９】
スポットビームの配光をこのような配光とすれば、路面の輝度ムラは発生せず、遠方の視認性を高めることができる。なお、スポットビームを１車両あたり１灯装着する場合には、上記の光度の２倍に設定することが望ましい。
【００６０】
次に、路上標識の視認性対策について述べる。ヘッドランプで照明した場合の案内標識の見え方として、暗すぎて見えないという見え方や、明るすぎて眩しいという見え方は避けるべきである。この条件を標識の設置基準を勘案して求める。
【００６１】
図１１（ａ）および（ｂ）は、道路標識・案内標識の設置基準を示す（国土交通省中部地方整備局道路部、道路設計要領第８章・道路付属物に基づいて作成）。案内標識の中でも大型のものは、路上設置高（板下）５ｍ、文字サイズ３０ｃｍが設置基準である。案内板のサイズは文字数にもよるが、４車線の主要幹線道路の表尋の案内板サイズは、２．４ｍ×２．４ｍ、最も大型の案内板は高速道路のインタチェンジ案内板で３．５ｍ×３．５ｍである。その他、さらに大型の標示板としては高速道路料金徴収所の予告標識がある。これは、オーバーヘッド式では横６．４５ｍ×縦１．２ｍである。
【００６２】
図１２は、案内標識に対するドライバの認知行動を示す（高宮他、高齢ドライバーの標識地名判読距離に関する研究，第19回交通工学研究発表会論文報告集，pp.189-192，1999に基づいて作成）。図１２には、標識を認知する視認距離、標識の内容を判断し始める判読距離、標識が視線から外れて見づらくなる消失距離などが示されている。
【００６３】
図１３は、道路種別と判読距離を示す。道路の種別・交通量にもよるが、主要幹線道路では１００ｍ程度、高速道路ではその倍の２００ｍ程度の判読距離を確保する必要があると考えられる。一方、消失距離は３１ｍ以下、消失角は７度以上を推奨している。
【００６４】
図１４は、標識板白色輝度の診断評価基準を示す。一般道路の案内標識は青地に白字、高速道路では緑地に白字が標準となっている。図１４は、社団法人全国道路標識・標示業協会が案内標識としての適正な文字部の輝度を調査したものである。
【００６５】
図１４における評価点の意味を以下に説明する。評価０は、標識の機能・性能に影響しないレベルである。評価３は、標識の機能・性能にただちに影響しないレベル（改修・修繕を要する）である。評価９は、標識の機能・性能に強く影響する（更新を要する）レベルである。従って、ヘッドランプでは、３．５ｃｄ／ｍ２以上を保証することが望まれる。
【００６６】
一方、光が明るすぎると不快感を感じる。図１５は、順応輝度とその順応輝度下で感じる視対象輝度の明るさの関係を示す。ヘッドランプの順応輝度を１ｃｄ／ｍ２とすると２００ｃｄ／ｍ２が眩しさを感じる境界である。従って、ヘッドランプによる標識の照明輝度範囲は、３．５ｃｄ／ｍ２〜２００ｃｄ／ｍ２とする必要があると考えられる。
【００６７】
次に、上記の輝度をヘッドランプ配光で保証するために、標識の再帰反射特性を知る必要がある。この反射特性は、社団法人全国道路標識・標示業協会で調査されている。その結果によると、再帰反射輝度係数は、１０年経年使用の標識で洗浄保守前でも約２００（ｃｄ／ｍ２／ｌｘ）以上が保持されていると報告されている。この係数に基づいて計算すれば、標識の輝度３．５〜２００ｃｄ／ｍ２を確保するのに必要なヘッドランプによる照射輝度は、０．０３５〜２ｌｘとなる。
【００６８】
次に、案内標識視認・高速道路料金徴収所の予告標識に必要なヘッドランプ照射光度について説明する。ここでは、ヘッドランプによる照射照度０．０３５〜２ｌｘを確保するのに必要な照射光度を、高速道路における２００ｍ先の案内標識および料金徴収所の予告標識と、３１ｍ先（視角７度）の幹線道路案内標識とについて求める。
【００６９】
まず、２００ｍ先の高速道路案内標識と料金徴収所の予告標識について述べる。高速道路の案内標識は板下５ｍ、縦３．５ｍ×横３．５ｍ、料金徴収所の予告標識は板下５ｍ、縦１．２ｍ×横６．４５ｍである。案内標識の存在範囲は高さ方向５〜８．５ｍ、幅方向０〜３．５ｍ、予告標識の存在範囲は高さ方向５〜６．２５ｍ、幅方向０〜６．４５ｍとなる。これらをヘッドランプの取付高さ０．６５ｍを考慮してスクリーンの角度範囲に変換すると、案内標識では上下方向で約１〜２度、左右方向で約−１〜−２度、予告標識では上下方向で約１〜１．５度、左右方向で０〜約−２度となる。この範囲を０．０３５〜２ｌｘで照明するのに必要な光度は１４００〜８００００ｃｄで、１灯では７００〜４００００ｃｄとなる。
【００７０】
次に、片側２車線の幹線道路（１車線幅３．５ｍ）の消失位置３１ｍにおける案内標識と料金徴収所の予告標識について述べる。ここでは、自車が片側２車線道路の追い越し車線を走行しているとする。案内標識の存在範囲は高さ方向５〜８．５ｍ、幅方向３．５〜７ｍ、予告標識の存在範囲は高さ方向５〜６．２５ｍ、幅方向０〜６．４５ｍとなる。これらをヘッドランプの取付高さ０．６５ｍを考慮してスクリーンの角度範囲に変換すると、案内標識では上下方向は約８〜１５度、左方向で−８〜−１５度となる。予告標識では上下方向で約８〜１０度、左右方向で０〜約−１３度となる。なお、幹線道路では案内標識は通常、曲路には設置されないが、高速道路では考慮しておく必要がある。１００ｋｍ／ｈ走行の旋回半径４６０ｍの屈曲点ＣＰは約５度である。従って、２００ｍ前方では＋５度の照射範囲拡大を考慮しておけばよい。この範囲を０．０３５〜２ｌｘで照明するのに必要な光度は３５〜２０００ｃｄで、１灯では１７．５〜１０００ｃｄとなる。
【００７１】
図１６は、スポットビームの照射光度を示す。図１６は、上記の結果を基に前方２００ｍ〜３１ｍの範囲に位置する道路標識と料金徴収所の予告標識を０．０３５〜２ｌｘで照明するのに必要な光度を示す。
【００７２】
直線道路における標識類はスクリーンの第２象限に位置する。道路標識と料金徴収所の予告標識は図１６に示した軌跡に従ってそのサイズが変化する。２００ｍ先で７００〜４００００ｃｄ必要であったヘッドランプ１灯の照明は、３１ｍ先では１７．５〜１０００ｃｄとなり、スクリーン上の位置も変化する。
【００７３】
上記の結果を基に案内標識を中心に各種標識の視認性を遠方（２００ｍ前方）から消失角７度位置（３１ｍ前方）まで違和感（暗すぎたり、明るすぎて眩しい）なく確保するためには、仮想鉛直スクリーン上におけるＨ−Ｖ点から上向き１度且つ左向き１度を４０，０００ｃｄ以下、上向き８度且つ左向き８度を１，０００ｃｄ以下、上向き２度且つ左向き２度を７００ｃｄ以上、上向き１５度且つ左向き１５度を１７．５ｃｄ以上とする必要がある。
【００７４】
図１７は、左向き１度且つ鉛直線方向のスポットビームの光度分布を示す。また、図１８は、上向き１度且つ水平方向のスポットビームの光度分布を示す。上向き１度且つ左向き１度が４０，０００ｃｄ以下、上向き８度且つ左向き８度が１，０００ｃｄ以下、上向き２度且つ左向き２度が７００ｃｄ以上、上向き１５度且つ左向き１５度が１７．５ｃｄ以上という条件を満足させるように単調減少の光度分布としている。
【００７５】
図１９は、スポットビームのスクリーン配光例を示す。図１９は、路面の視認性に関する配光要件（図９および図１０）、案内標識の視認性に関する配光要件（図１７および図１８）をベースに作成した最大光度の等光度分布図である。
【００７６】
スクリーン配光の第２象限は案内標識の視認性を確保するように設定しており、第２象限、第３象限は路面にムラが発生しないようにすると共に、所定光度が自車線範囲内をカバーするようにしている。そして、スクリーン配光の第１象限は、対向車へ与えるグレアを抑制するようにシャープカットオフを形成している。
【００７７】
等光度線は内側から８０，０００ｃｄ、５０，０００ｃｄ、２０，０００ｃｄ、１０，０００ｃｄ、５，０００ｃｄである。最大光度は下向き０．５度且つ左向き１．５度の角度位置で１００，０００ｃｄを目標光度としている。なお、最小光度は図示しないが、同位置で３５，０００ｃｄとしている。このスポットビームは、対向車や先行車の存在状況に対応して、ベースビーム（ロービーム）に追加点灯する。なお、このようなスポットビーム配光をＬＥＤヘッドランプ１灯で達成するのは難しい。
【００７８】
図２０（ａ）〜（ｃ）は、図１９に示す配光を達成するための３つの配光を示す。図１９に示す配光は、図２０（ａ）に示す拡散配光、図２０（ｂ）に示す標識配光、および図２０（ｃ）に示す集光配光の３つの配光の合成で成立させるのが容易である。図２０（ａ）の拡散配光は、第３、第４象限に中心光度は低いがワイドな配光としている。図２０（ｂ）の標識配光は、第２象限のほぼ全域を照明し、案内標識に視認に必要な配光を形成すると共に、Ｈ−Ｖ点下近傍にやや高光度の部分を形成している。図２０（ｃ）の集光配光は、スポットビームの最大光度部を形成する。それゆえ、ビームの左右拡散は他の２つに比べ狭くしている。これらの配光と光学系の構成例を以下で説明する。
【００７９】
図２１は、拡散配光を形成する光学系の実施例を示す。図２１に示す拡散配光光学系は、ＬＥＤ２１０からの光を放物柱反射鏡２１１で反射することにより、拡散配光を形成する。
【００８０】
図２２（ａ）および（ｂ）は、標識配光を形成する光学系の実施例を示す。図２２（ａ）は、標識配光光学系の概略断面図である。図２２（ａ）に示すように、本光学系は、投影レンズを用いたプロジェクタ型の光学系を採用しており、ＬＥＤ２２０と、ＬＥＤ２２０からの光を反射するリフレクタ２２１と、リフレクタ２２１で反射した光の一部を遮光するシェード２２２と、シェード２２２を通過した光を前方に投影する投影レンズ２２３とを備える。シェード２２２は、ガラス基板２２４上に遮光パターン２２５が印刷されている。図２２（ｂ）は、シェード２２２の遮光パターンを示す。図２２（ｂ）に示すように、シェード２２２の遮光パターンは、図２０（ｂ）に示す標識配光を形成するために必要なカットオフ形状を有するとともに、カットオフ近傍や第２象限の案内標識に対応した位置に調光用のグレデーション印刷パターンが形成されている。
【００８１】
図２３（ａ）および（ｂ）は、集光配光を形成する光学系の実施例を示す。図２３（ａ）は、集光配光光学系の概略断面図である。図２３（ａ）に示すように、本光学系は、投影レンズを用いたプロジェクタ型の光学系を採用しており、ＬＥＤ２３０と、ＬＥＤ２３０からの光を反射するリフレクタ２３１と、リフレクタ２３１で反射した光の一部を遮光するシェード２３２と、シェード２３２を通過した光を前方に投影する投影レンズ２３３とを備える。シェード２３２は、ガラス基板２３４上に遮光パターン２３５が印刷されている。図２３（ｂ）は、シェード２３２の遮光パターンを示す。図２３（ｂ）に示すように、シェード２３２の遮光パターンは、図２０（ｃ）に示す集光配光を形成するために必要なグレデーション印刷パターンが形成されている。
【００８２】
図２４は、集光配光を形成する光学系の別の実施例を示す。図２４に示す光学系もまた、投影レンズを用いたプロジェクタ型の光学系であり、ＬＥＤ２４０と、ＬＥＤ２４０からの光を反射するリフレクタ２４１と、リフレクタ２４１で反射した光の一部を遮光するシェード２４２と、シェード２４２を通過した光を前方に投影する投影レンズ２４３とを備える。本光学系は、シェード２４２の形態が図２３に示す光学系と異なる。
【００８３】
なお、スポットビームの配光は、ＬＥＤを用いた３つの光学ユニットで構成しなければならないというものでもない。レンズの焦点距離や反射鏡の焦点距離を適切に選択する（上下・左右の拡散を調整する）ことができれば、ＬＥＤを用いた２つの光学ユニット（例えば、図２２（ａ）および（ｂ）に示す光学系および図２３（ａ）および（ｂ）に示す光学系の組み合わせ）でも構成できる。
【００８４】
本例のように、標識配光と集光配光とを別々のランプユニットで構成した場合、対向車のみ存在する場合には標識配光ランプユニットと集光配光ランプユニットを点灯する。対向車と先行車が同時に存在する場合には集光配光ランプユニットのみ点灯する。また、霧発生時には標識配光のスポットビームを消灯することが望ましい。
【００８５】
図２５は、ベースビームの配光例を示す。図２５に示すようなベースビーム（ヘッドランプスイッチをオンした後、常時点灯するロービームタイプの配光を有するビーム）は、図２４に示す集光配光のランプユニットと、図２１に示す拡散配光のランプユニットで実現できる。
【００８６】
以上説明したスポットビームの特徴を以下にまとめる。
【００８７】
（１）遠方路面照射用スポットビーム
これは、一定車速以上でＬＥＤベースビームに追加点灯するＬＥＤスポットビームである。そのスポットビームは、水平線Ｈ−Ｈ近傍に最大光度を有し、そのスポットビームの第３象限の配光は、下向き０．５度且つ左向き１度の角度位置の光度を最大８０，０００〜最小３０，０００ｃｄとし、下向き３度且つ左向き１度の角度位置の光度を８，０００〜２，０００ｃｄとしている。また、それらの角度位置を結ぶ線上において、下向き０．５度且つ左向き１度の角度位置から下側に離れるに従い光度が単調減少すると共に、左向き１度且つ鉛直線上の１０ｍから７５ｍ範囲の路面照度目標が視角サイズ１．５分あたりの減少率０〜５％にて単調減少する。このような遠方路面照射用スポットビームを採用することにより、路面に暗部が目立つこともなく、路上物体の視認性を向上することができる。
【００８８】
（２）案内板照明用スポットビーム
これは、（１）に記載した遠方路面照射用スポットビームにおいて、第２象限の配光は上向き１度且つ左向き１度の角度位置の光度を４０，０００ｃｄ以下、上向き８度且つ左向き８度の角度位置の光度を１，０００ｃｄ以下、上向き２度且つ左向き２度の角度位置の光度を７００ｃｄ以上、上向き１５度且つ左向き１５度の角度位置の光度を１７．５ｃｄ以上とし、さらにそれらの角度位置を結ぶ線上において、上向き１度且つ左向き１度の角度位置から離れるに従い光度が単調減少するようにしたものである。このような案内板照明用スポットビームを採用することにより、案内標識は眩しすぎず・暗く見にくくもならず、快適に視認することができる。
【００８９】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００９０】
１０  スポットビーム照射用灯具ユニット、  １１  第１ＬＥＤ、  １２  第２ＬＥＤ、  １３  光源搭載部、  １４  第１リフレクタ、  １５  第２リフレクタ、  １６  投影レンズ、  １７  熱線反射膜、  ２０  液晶シェード、  ２１  透明基板、  ２２  液晶層、  ２３  偏光板、  ２４  車両用前照灯、  ２５  枠体、  ２６  ハイビーム照射用灯具ユニット、  ２７  透過率可変部、  ２８  ロービーム照射用灯具ユニット。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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