JP6581002B2 - 前照灯装置 - Google Patents

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Description

本発明は、前照灯装置に関する。
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光偏向器を用いて、光偏向器のミラー部から出射する反射光を照射領域に照射する形式の車両用前照灯が知られている（例：特許文献１）。
車両用前照灯に装備されるＭＥＭＳの光偏向器の一般的な構成は、相互に直交する第１及び第２回転軸線の回りに往復回動自在であるミラー部と、駆動電圧に応じて該ミラー部を第１及び第２回転軸線の回りの回動させるアクチュエータとを備えるものである。
また、第１及び第２回転軸線の回りのミラー部の往復回動の周波数をそれぞれ第１及び第２周波数とすると、一方の周波数は他方の周波数よりも高く設定され、該一方の周波数は、高周波数で安定的にミラー部を往復回動させるために、ミラー部の固有振動の周波数（共振周波数）に設定されている。
特許第５５７７１３８号公報
光偏向器を用いる従来の前照灯装置は、車両に対する出射光の走査領域の相対位置が固定されている。したがって、カーブ路等では、照射領域が道路から外れた場所になったり、特定の対象物が照射領域外になったりすることがある。
一方、走査光の走査領域（照射領域）を左右水平方向へ変位するために、光偏向器全体の向きを変更することは、光偏向器全体をアクチュエータにより回動させなければならず、構成が複雑になる。また、ミラー部をその共振周波数で往復回動させている場合、その往復回動範囲の中心回動角を調整することはほぼ困難である。
本発明の目的は、光偏向器のミラー部を回転軸線の回りに往復回動させてミラー部の反射光を照射領域に走査させる場合に、該照射領域を支障なく水平方向に変位できるようにした前照灯装置を提供することである。
本発明の前照灯装置は、
光源と光偏向器と制御部とを備える前照灯装置であって、
前記光偏向器は、
前記光源からの光を、相互に直交する第１及び第２回転軸線の回りの回動角に応じた方向に反射するミラー部と、
第１駆動電圧に応じて前記ミラー部を前記第１回転軸線の回りに往復回動させる第１アクチュエータと、
第２駆動電圧に応じて前記ミラー部を前記第２回転軸線の回りに往復回動させる第２アクチュエータとを備え、
前記制御部は、
前記第１回転軸線の回りの前記ミラー部の固有振動の共振周波数である第１周波数の正弦波電圧に基づいて前記第１駆動電圧を生成して前記第１アクチュエータに出力する共振制御部と、
前記第１周波数より低い非共振周波数である第２周波数の増減波形の基本駆動電圧にオフセット電圧を重畳した重畳電圧に基づいて前記第２駆動電圧を生成して前記第２アクチュエータに出力する非共振制御部とを備え、
前記第１回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動による前記ミラー部からの反射光が前方の照射領域において垂直方向に走査され、かつ前記第２回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動による前記ミラー部からの反射光が前方の照射領域において水平方向に走査されるように、前記ミラー部への入射光の光軸に対する前記光偏向器の前記第１及び第２回転軸線の方向が設定されていることを特徴とする。
本発明によれば、第１及び第２回転軸線の回りのミラー部の往復回動によるミラー部からの反射光が前方の照射領域においてそれぞれ垂直方向及び水平方向に走査するように、第１及び第２回転軸線の方向が設定される。非共振周波数である第２周波数でミラー部を第２回転軸線の回りに往復回動させるための第２駆動電圧には、オフセット電圧が含まれる。こうして、第２駆動電圧のオフセット電圧の調整により照射領域を水平方向に支障なく変位させることができる。
本発明の前照灯装置において、車両運転に関する状況を検出する状況検出部を備え、前記非共振制御部は、前記状況検出部が検出した状況に基づいて前記オフセット電圧を決定することが好ましい。
この構成によれば、車両運転に関する状況に応じて照射領域を水平方向に的確に変位させることができる。
本発明の前照灯装置において、前記第２駆動電圧は、鋸波形の電圧であることが好ましい。
この構成によれば、第２回転軸線の回りのミラー部の往復回動を円滑に実施することができる。
本発明の別の前照灯装置は、
第１及び第２照射系と、前記第１及び第２照射系を制御する制御部とを備え、
各照射系は、光源と該光源からの光を偏向する光偏向器とを個々に備えるとともに、該光偏向器からの光を前方の照射領域に投影する投影部を共通に備え、
各照射系の光偏向器は、
前記光源からの光を、相互に直交する第１及び第２回転軸線の回りの回動角に応じた方向に反射するミラー部と、
第１駆動電圧に応じて前記ミラー部を前記第１回転軸線の回りに往復回動させる第１アクチュエータと、
第２駆動電圧に応じて前記ミラー部を前記第２回転軸線の回りに往復回動させる第２アクチュエータとを備え、
前記制御部は、各照射系の光偏向器に対し、
前記第１回転軸線の回りの前記ミラー部の固有振動の共振周波数である第１周波数の正弦波電圧に基づいて前記第１駆動電圧を生成して前記第１アクチュエータに出力する共振制御部と、
前記第１周波数より低い非共振周波数である第２周波数の増減波形の基本駆動電圧に基づいて前記第２駆動電圧を生成して前記第２アクチュエータに出力する非共振制御部とを備え、
前記第１照射系では、
前記第１回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動による前記ミラー部からの反射光が前方の照射領域において水平方向に走査され、かつ前記第２回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動による前記ミラー部からの反射光が前方の照射領域において垂直方向に走査されるように、前記ミラー部への入射光の光軸に対する前記光偏向器の前記第１及び第２回転軸線の方向が設定され、
前記第２照射系では、
前記第１回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動による前記ミラー部からの反射光が前方の照射領域において垂直方向に走査され、かつ前記第２回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動による前記ミラー部からの反射光が前方の照射領域において水平方向に走査されるように、前記ミラー部への入射光の光軸に対する前記光偏向器の前記第１及び第２回転軸線の方向が設定され、
前記非共振制御部は、前記第２照射系の前記第２アクチュエータには、前記基本駆動電圧とオフセット電圧とを重畳した重畳電圧に基づいて前記第２駆動電圧を生成することを特徴とする。
本発明の別の前照灯装置によれば、第１及び第２照射系による２つの照射領域が生成されることで、第１及び第２照射系の分担が可能になり、第１照射系により一定の照射領域が確保される。この結果、第２照射系による照射領域を水平方向に変位させても、照射領域全体として不都合が生じるのを回避することができる。
本発明の別の前照灯装置において、前記照射領域は、前記第１照射系からの光が照射される第１照射領域及び前記第２照射系からの光が照射される第２照射領域を含み、前記非共振制御部は、前記第２照射領域が前記第１照射領域の内側内で水平方向に変位するように前記第２駆動電圧を生成することが好ましい。
この構成によれば、第２照射領域は、第１照射領域の内側内で水平方向に変位するので、第２照射領域は、第１及び第２照射系からの光により重複して照射され、明るくすることができる。
本発明の別の前照灯装置において、車両運転に関する状況を検出する状況検出部を備え、前記非共振制御部は、前記状況検出部が検出した状況に基づいて前記オフセット電圧を決定することが好ましい。
この構成によれば、車両運転に関する状況に応じて第２照射系による照射領域を水平方向に的確に変位させることができる。
この構成によれば、第２回転軸線の回りのミラー部の往復回動を円滑に実施することができる。
本発明の別の前照灯装置において、前記第２駆動電圧は、鋸波形の電圧であることが好ましい。
この構成によれば、第２回転軸線の回りのミラー部の往復回動を円滑に実施することができる。
前照灯ユニットを対称面で２分割したときの一方の半部の斜視図。 前照灯ユニットを対称面で切ったときの断面図。 光偏向器を斜め前方から見た斜視図。 光偏向器の各アクチュエータの駆動電圧についての説明図であり、図４Ａは第１駆動電圧としての内側アクチュエータの駆動電圧の波形図、図４Ｂは第２駆動電圧としての外側アクチュエータの駆動電圧のオフセット電圧無しのときの波形図、図４Ｃは第２駆動電圧としての外側アクチュエータの駆動電圧のオフセット電圧有りのときの波形図。 第２駆動電圧にオフセット電圧が含まれているときの第２回転軸線の回りのミラー部の中心回動角を説明する図。 ２つの光偏向器の回転位置についての説明図。 図７Ａ、図７Ｂ及び図７ＣはそれぞれＳＰＯＴ、ＭＩＤ及びＷＩＤＥにおける走査光の軌跡を示す図。 図７の３つの照射領域を仮想垂直スクリーン上に重ね合わせた図。 第２駆動電圧のその他の波形例をオフセット有りのときと無しのときとで対比して示す図。 自車両に搭載される前照灯装置のブロック図。 前照灯装置を装備する自車両がカーブ道路において実施するＳＰＯＴの変更状況についての説明図であり、図１１Ａ及び図１１Ｂはそれぞれ自車両が前照灯装置を未装備及び装備であるときのＳＰＯＴの状態を示す図。 仮想垂直スクリーン上でのＳＰＯＴの変位を示し、図１２Ａ及び図１２Ｂはそれぞれ図１１Ａ及び図１１Ｂに対応したＳＰＯＴの位置を示す図。
図１は、前照灯ユニット１を対称面で２分割したときの一方の半部の斜視図であり、図２は、前照灯ユニット１を対称面で切ったときの断面図である。
この前照灯ユニット１は、車両の左右の前照灯（ヘッドライト）に２つずつ装備される。したがって、車両は、全体としては前照灯ユニット１を４つ装備する。各前照灯ユニット１は、後述するように第１照射系１３ａ及び第２照射系１３ｂを備える。したがって、車両全体としては、照射系は、左右にそれぞれ４つずつ、車両全体として合計８つ存在する。各照射系は、照射領域を個々に設定することができる。
図１及び図２において、前照灯ユニット１は、図示しない車両前部の前照灯配設箇所に形成されたユニット取付孔の前端部に装着される前部アセンブリ２と、該ユニット取付孔の奥に装着される後部アセンブリ３とを含む。前部アセンブリ２と後部アセンブリ３とは、中心線をユニット取付孔の中心線に揃えて、配置される。
前部アセンブリ２は、レンズホルダ７、環状キャップ８及びレーザホルダ９を備える。環状キャップ８は、その内周部をレンズホルダ７の前端部の外周部に螺合させて、レンズホルダ７に組み付けられる。レーザホルダ９は、レンズホルダ７の後端部の外周に前端部の内周を螺合することにより、レンズホルダ７に組み付けられる。
前照灯ユニット１は、車両前方に独立に照射領域を設定できる第１照射系１３ａ及び第２照射系１３ｂをそれぞれ上側及び下側の位置関係で有している。第１照射系１３ａは、レーザホルダ９の後端内周の上部に固定されたレーザ光出射装置１４ａと、レーザ光出射装置１４ａの出射部に装着された集光レンズ１６ａと、後部アセンブリ３の前面中央部の上側傾斜面に固定された光偏向器１５ａとを含む。第２照射系１３ｂは、レーザホルダ９の後端内周の下部に固定されたレーザ光出射装置１４ｂと、レーザ光出射装置１４ｂの出射部に装着された集光レンズ１６ｂと、後部アセンブリ３の前面中央部の下側傾斜面に固定された光偏向器１５ｂとを含む。
上記レンズホルダ７の内周側には、投影レンズ１９ａ〜１９ｄが前後方向一列に前から順に中心線を揃えて配置される。最前の投影レンズ１９ａは、その周縁を環状キャップ８によりレンズホルダ７の前端に固定されている。他の投影レンズ１９ｂ〜１９ｄは、レンズホルダ７の内周側の段部や嵌着リング等によりレンズホルダ７の中心線方向に位置決めされて、レンズホルダ７の内周側に固定されている。
矩形の平板状に形成された蛍光体パネル２０は、中心線を前部アセンブリ２の中心線に揃えて、周縁をレーザホルダ９の中心部の矩形開口部に装着されている。この蛍光体パネル２０は、１対の透明板と、該１対の透明板の間に形成されて粒状の蛍光体を収納する光透過部とを備える。蛍光体パネル２０の入射光面は、後部アセンブリ３に対峙する方の後ろ側の透明板に形成される。蛍光体パネル２０の出射光面は、投影レンズ１９ｄの後面に対峙する方の前側の透明板に形成される。
第１照射系１３ａにおいて、レーザ光出射装置１４ａから出射した光（例：青色の光）は、光路２２ａ（図２）で光偏向器１５ａに入射する。光偏向器１５ａは、入射光を反射し、反射光は、光路２３ａで蛍光体パネル２０の後面としての入射光面に入射し、蛍光体パネル２０の前面としての出射光面から投影レンズ１９ｄの方へ出射する。
第２照射系１３ｂにおいて、レーザ光出射装置１４ｂから出射した光（該光の色はレーザ光出射装置１４ａからの出射光と同一）は、光路２２ｂ（図２）で光偏向器１５ｂに入射する。光偏向器１５ｂは、入射光を反射し、反射光は、光路２３ｂで蛍光体パネル２０の後面としての入射光面に入射し、蛍光体パネル２０の前面としての出射光面から投影レンズ１９ｄの方へ出射する。
投影レンズ１９ａ〜１９ｄ及び蛍光体パネル２０は、２つの照射系１３ａ，１３ｂに共通の素子を構成する。光偏向器１５ａ，１５ｂからの反射光は、蛍光体パネル２０を通過する。その際、蛍光体パネル２０内の蛍光体により例えば青色から白色に変換される。蛍光体パネル２０から出射した光は、投影レンズ１９ａ〜１９ｄを後側から前側への配列順で通過し、投影レンズ１９ａの前面から車両の前方に出射する。
以下、２つの照射系１３ａ，１３ｂについて特に区別しないときは、「照射系１３」と総称する。同様に、レーザ光出射装置１４ａ，１４ｂ、光偏向器１５ａ，１５ｂ、集光レンズ１６ａ，１６ｂ、光路２２ａ，２２ｂ及び光路２３ａ，２３ｂについて特に区別しないときは、それぞれ「レーザ光出射装置１４」、「光偏向器１５」、「集光レンズ１６」、「光路２２」、「光路２３」と総称する。
光路２２の中心線は、レーザ光出射装置１４から出射光の光軸となる。光路２３の中心線は、光偏向器１５からの出射光又は蛍光体パネル２０への入射光の光軸となる。なお、出射光及び入射光は、同一の光が、出射する側の素子から見れば、出射光となり、入射する側の素子から見れば、入射光になる。例えば、光路２２上の光は、レーザ光出射装置１４から見れば、出射光であり、光偏向器１５から見れば、入射光である。
図３は、光偏向器１５を斜め前方から見た斜視図である。ＭＥＭＳデバイスとしての光偏向器１５は、中心に回動自在に配置されるミラー部３２、ミラー部３２を外側から包囲する内側矩形枠３３、及び内側矩形枠３３を外側から包囲する外側矩形枠３４を備えている。光偏向器１５は、レーザ光出射装置１４から光路２２で入射してきた光をミラー部３２のミラー面３２ａで反射し、ミラー面３２ａからの反射光を光路２３で蛍光体パネル２０へ向かって出射する。
ここで、説明の便宜上、光偏向器１５において相互に直交する横方向Ｘ、縦方向Ｙ及び厚み方向Ｚを定義する。横方向Ｘ及び縦方向Ｙは、それぞれ外側矩形枠３４の長辺及び短辺に対して平行な方向とする。厚み方向Ｚは、外側矩形枠３４の厚み方向とする。光偏向器１５は、ＭＥＭＳ技術で製造されるので、積層構造を有する。光偏向器１５の厚み方向Ｚは、光偏向器１５の積層構造の積層方向に一致する。
光偏向器１５の正面側とは、厚み方向Ｚにおいて、光偏向器１５にレーザ光出射装置１４からの入射光が入射する側（光偏向器１５から反射光が出射する側でもある）をいい、光偏向器１５の背面側とは、厚み方向Ｚにおいて正面側と反対の側をいうものとする。横方向Ｘ及び縦方向Ｙの正の向きは、光偏向器１５の正面視でそれぞれ右側及び上側とする。厚み方向Ｚの正の向きは、光偏向器１５の背面側から正面側の向きとする。
１対のトーションバー（弾性梁）３５ａ，３５ｂは、縦方向Ｙにおいてミラー部３２の一側（光偏向器１５の正面視で上側）及び他側（光偏向器１５の正面視で下側）に配設され、ミラー部３２と内側矩形枠３３とを結合している。
内側アクチュエータ３６ａ，３６ｂは、縦方向Ｙにはミラー部３２に対して共に一側に、横方向Ｘにはトーションバー３５ａに対してそれぞれ一側（光偏向器１５の正面視で左側）及び他側（光偏向器１５の正面視で右側）に、配設されている。また、内側アクチュエータ３６ｃ，３６ｄは、縦方向Ｙにはミラー部３２に対して共に他側に、横方向Ｘにはトーションバー３５ｂに対してそれぞれ一側及び他側に配設されている。
以下、トーションバー３５ａ，３５ｂ及び内側アクチュエータ３６ａ〜３６ｄについて特に区別しないときは、それぞれ「トーションバー３５」及び「内側アクチュエータ３６」と総称する。内側アクチュエータ３６は、横方向Ｘに延在して、トーションバー３５と内側矩形枠３３とを結合している。内側アクチュエータ３６は、ユニモルフカンチレバーとして構成されている圧電式のアクチュエータである。圧電式のアクチュエータは、その積層構造に含まれる圧電膜が印加電圧に応じて変形する。これにより、圧電膜が固着されている支持部としてのカンチレバー部の両端が相対変位し、アクチュエータは、カンチレバー部の両端の相対変位により、作用対象を変位させる。
外側アクチュエータ３７ａ，３７ｂは、横方向Ｘに内側矩形枠３３に対して一側及び他側にそれぞれ配設されるとともに、内側矩形枠３３と外側矩形枠３４との間に介在して、内側矩形枠３３と外側矩形枠３４とを結合している。外側アクチュエータ３７ａ，３７ｂも、ユニモルフカンチレバーとして構成されている圧電式のアクチュエータである。外側アクチュエータ３７ａ，３７ｂについて特に区別しないときは、「外側アクチュエータ３７」と総称する。外側アクチュエータ３７は、複数のユニモルフ圧電カンチレバーをミアンダライン（蛇腹状ライン）に沿って直列に結合したものとなっている。
複数の電極パッド３８ａ，３８ｂは、外側矩形枠３４の横方向Ｘの一側及び他側の短辺部の表面にそれぞれ形成され、光偏向器１５の表面に沿って形成された配線（図示せず）や光偏向器１５内に埋め込まれている配線層（図示せず。典型的にはグランド配線）を介して内側アクチュエータ３６等における電気構造部の電極に接続されている。以下、電極パッド３８ａ，３８ｂについて特に区別しないときは、「電極パッド３８」と総称する。
レーザ光出射装置１４から光偏向器１５のミラー部３２のミラー面３２ａへの入射光は、ミラー部３２の回動角に関係なく、固定の光路２２でミラー部３２に入射する。ミラー部３２は、内側アクチュエータ３６の作動によりトーションバー３５の軸線としての第１回転軸線の回りに往復回動自在になっている。ミラー部３２は、外側アクチュエータ３７の作動により、第１回転軸線に直交しかつミラー部３２のミラー面３２ａに対して平行な第２回転軸線の回りに往復回動する。ミラー部３２が真正面を向いている時は、第１及び第２回転軸線は、それぞれ縦方向Ｙ及び横方向Ｘにほぼ平行となるとともに、ミラー面３２ａの法線が厚み方向Ｚに平行になる。
例えば、第１回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動の周波数は１５ｋＨｚであり、第２回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動の周波数は、１５ｋＨｚより低い６０Ｈｚである。高周波数での往復回動の方の第１回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動は、ミラー部３２の固有振動（共振）が利用される。すなわち、内側アクチュエータ３６による第１回転軸線の回りのミラー部３２の駆動周波数を、ミラー部３２の固有振動の共振周波数に等しくすると、内側アクチュエータ３６による駆動に伴い、ミラー部３２は共振振動して、安定的に往復振動する。
これに対し、低周波数での往復回動の方の第２回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動は、ミラー部３２の固有振動が利用されない。すなわち、ミラー部３２は、第２回転軸線の回りには、共振周波数とは異なる非共振周波数の非共振で往復回動する。ミラー部３２の共振周波数は、ミラー部３２及びトーションバー３５の寸法、重量、材質等により決まる。
光偏向器１５から蛍光体パネル２０の入射光面に入射した光は、入射光面において水平軸Ｈの方向及び垂直軸Ｖの方向（図６）に走査する。光偏向器１５ａにおける各回転軸線回りの往復回動に対応付けられる蛍光体パネル２０の入射光面における走査方向と、光偏向器１５ｂにおける第１及び第２回転軸線回りの往復回動に対応付けられる蛍光体パネル２０の入射光面における走査方向とは逆の関係になる。
すなわち、光偏向器１５ａにおける第１及び第２回転軸線の回りの往復回動に対応付けられる蛍光体パネル２０の入射光面における走査方向は、それぞれ水平軸Ｈ及び垂直軸Ｖの方向となる。これに対し、光偏向器１５ｂにおける第１及び第２回転軸線回りの往復回動に対応付けられる蛍光体パネル２０の入射光面における走査方向は、それぞれ垂直軸Ｖ及び水平軸Ｈの方向となる。このような蛍光体パネル２０の入射光面における走査方向を規定する具体的な構成は、後で図６を参照して説明する。
図４は、光偏向器１５の各アクチュエータの駆動電圧についての説明図である。図４Ａの第１駆動電圧は内側アクチュエータ３６の駆動電圧を意味する。図４Ｂ及び図４Ｃの第２駆動電圧は外側アクチュエータ３７の駆動電圧を意味する。図４Ｂは、オフセット電圧を含んでいない第２駆動電圧を示し、図４Ｃは、オフセット電圧を含む第２駆動電圧を示している。
オフセット電圧の値は、−Ｖｆ〜＋Ｖｆ（ただし、Ｖｆは正の所定値である。）の範囲で調整自在になっている。図４Ｃでは、オフセットの量としてのオフセット電圧はＶｆに調整されている。図４Ｃの第２駆動電圧は、図４Ｂの基本駆動電圧とオフセット電圧とを重畳した重畳電圧となる。
内側アクチュエータ３６による第１回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動は、ミラー部３２の固有振動を利用するので、第１駆動電圧は正弦波電圧に限定される。一方、外側アクチュエータ３７による第２回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動は、ミラー部３２の固有振動を利用しないので、第２駆動電圧は正弦波電圧に限定されない。電圧値が増減する増減波形の電圧であれば、第２駆動電圧の基本駆動電圧として任意の波形の電圧を採用することができる。図４Ｂにおける基本駆動電圧は、鋸波形を採用している。
前照灯ユニット１では、照射系１３ａの光偏向器１５ａの外側アクチュエータ３７は、図４Ｂのように、基本駆動電圧だけでオフセット電圧を含んでいない第２駆動電圧が供給される。これに対し、照射系１３ｂの光偏向器１５ｂの外側アクチュエータ３７は、図４Ｃにように、基本駆動電圧にオフセット電圧を重畳した重畳電圧としての第２駆動電圧が供給される。
図５は、第２駆動電圧にオフセット電圧を含ませたとき（第２駆動電圧＝基本駆動電圧＋オフセット電圧）の第２回転軸線の回りのミラー部３２の中心回動角を説明する図である。第２回転軸線の回りのミラー部３２の中心回動角とは、外側アクチュエータ３７が第２回転軸線の回りに往復回動するときの回動角範囲の中心の回動角であると定義する。なお、ミラー部３２には、第１回転軸線の回りのミラー部３２の中心回動角も存在するが、第１回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動は、第２駆動電圧のオフセットとは無関係である。以下、ミラー部３２の中心回動角とは、第２回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動範囲における中心回動角を意味するものとする。
さらに、ミラー部３２の中心回動角について、「基準中心回動角」を定義する。基準中心回動角とは、ミラー部３２が前照灯ユニット１の真正面を向いたとき（ミラー面３２ａの法線が厚み方向Ｚに平行になったとき）の中心回動角である。ミラー部３２は、各中心回動角に対して±δで第２回転軸線の回りに往復回動する。δは、第２駆動電圧の中心レベルに対する振幅に対応する。
説明の便宜上、ミラー部３２が基準中心回動角にある時のミラー部３２の回動角を０°と定義する。ミラー部３２の中心回動角＝０°に設定されているとき、ミラー部３２は第２回転軸線の回りの回動角範囲は、回動角＝０°を中心に−δ〜＋δの範囲となり、回動角量では２δとなる。
図５において、Ｍｏはミラー部３２の中心を示している。Ｃｏは、ミラー部３２が基準中心回動角にある時のミラー部３２の中心線を示す。Ｒｏは、ミラー部３２の回動角＝０°の時のミラー部３２の回動位置を示す。Ｒａは、ミラー部３２の回動角＝αの時のミラー部３２の回動位置を示す。αは、前述のＶｆに対応する。ミラー部３２の中心回動角＝αに設定されているとき、ミラー部３２は第２回転軸線の回りの回動角範囲は、回動角＝αを中心にα−δ〜α＋δの範囲であり、回動角量は２δとなる。
図６は、２つの光偏向器１５の回転位置についての説明図である。符号４５は、投影レンズ１９の前方の所定距離に垂直に立てた仮想垂直スクリーンを示している。仮想垂直スクリーン４５の垂直軸Ｖ及び水平軸Ｈは、仮想垂直スクリーン４５の垂直方向及び水平方向に設定され、仮想垂直スクリーン４５の垂直軸Ｖ方向及び水平軸Ｈ方向の寸法は、図１０で説明する前照灯ユニット１ａ，１ｂが仮想垂直スクリーン４５上に生成する複数の照射領域のうち最大の照射領域ＷＩＤＥの寸法に合わせている。また、垂直軸Ｖ及び水平軸Ｈの原点Ｏは、仮想垂直スクリーン４５の対角線の交点に設定されている。
光路２２の光軸に対する光偏向器１５の第１及び第２回転軸線の方向（例えば、ミラー部３２の回動停止時において光路２２の光軸の回りの第１及び第２回転軸線の回転角度）を変更することにより、光偏向器１５の第１及び第２回転軸線の回りの往復回動に対応するミラー部３２からの反射光が照射領域を走査する走査方向が変化する。
光偏向器１５ａについては、第１及び第２回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動に起因する走査方向が、それぞれ仮想垂直スクリーン４５の水平軸Ｈ及び垂直軸Ｖの方向になるように、光路２２ａの光軸に対する第１及び第２回転軸線の方向が設定される。光偏向器１５ｂについては、第１及び第２回転軸線の回りのミラー部３２の往復回動に伴う走査方向が、それぞれ仮想垂直スクリーン４５の垂直軸Ｖ及び水平軸Ｈの方向になるように、光路２２ｂの光軸に対する第１及び第２回転軸線の方向が設定される。
なお、光路２２の光軸に対するミラー部３２の第１及び第２回転軸線の方向の設定は、換言すると、光路２２の光軸に対する光偏向器１５の横方向Ｘ及び縦方向Ｙの設定となっている。図１及び図６においては、光偏向器１５ａ，１５ｂはそれぞれ横置き及び縦置きで示されている。
仮想垂直スクリーン４５には、照射領域としてＳＰＯＴ（スポット）、ＭＩＤ（中間）及びＷＩＤＥ（広域）の３つの照射領域が生成される。前述したように、この例では、車両は左右に１つずつ前照灯を備え、各前照灯はさらに前照灯ユニット１を２つずつ備える。したがって、各前照灯は、合計４つの照射系を有しており、最大４つの照射領域を生成し、車両全体では最大８つの照射領域を生成することができる。仮想垂直スクリーン４５には、合計３つの照射領域しか描かれていないが、これは、ＭＩＤは、２つの前照灯ユニット１に共通の照射領域になっているからである。すなわち、各前照灯の一方の前照灯ユニット１の照射系１３ａ，１３ｂはそれぞれＭＩＤとＳＰＯＴとを生成し、他方の前照灯ユニット１の照射系１３ａ，１３ｂはそれぞれＭＩＤとＷＩＤＥとを生成する。
なお、ＭＩＤは、２つの前照灯ユニット１の共通の照射領域になっている分、明るくなる。また、ＳＰＯＴは、該共通の照射領域の上にさらに重ねて生成する照射領域となるので、ＭＩＤよりも明るくなる。
図７Ａ〜図７Ｃは、それぞれＳＰＯＴ、ＭＩＤ及びＷＩＤＥにおける走査光の軌跡（光跡）を示し、図８は、図７Ａ〜図７Ｃの３つの照射領域を仮想垂直スクリーン４５上に重ね合わせたものを示している。図８Ａでは、ＳＰＯＴの中心は、ＭＩＤ及びＷＩＤＥの中心と一致している。これに対し、図８Ｂでは、ＳＰＯＴの中心は、ＭＩＤ及びＷＩＤＥの中心に対して水平軸Ｈ方向に偏倚している。
ＳＰＯＴは、第１及び第２回転軸線におけるミラー部３２の往復回動がそれぞれ垂直軸Ｖ方向（垂直方向）及び水平軸Ｈ方向（水平方向）に対応付けられた走査光が走査する照射領域となっている。したがって、ＳＰＯＴの走査光の軌跡は、垂直軸Ｖ方向の両端を多数回往復するパターンになる。これに対し、ＭＩＤ及びＷＩＤＥは、第１及び第２回転軸線におけるミラー部３２の往復回動がそれぞれ水平軸Ｈ方向及び垂直軸Ｖ方向に対応付けられた走査光が走査する照射領域となっている。したがって、ＭＩＤ及びＷＩＤＥの走査光の軌跡は、水平軸Ｈ方向の両端を多数回往復するパターンになる。
図９は、第２駆動電圧のその他の波形例を、オフセット有りのときと無しのときとの対比で示している。図９Ａの第２駆動電圧は正弦波である。図９Ｂの第２駆動電圧は三角波である。第２駆動電圧は、同一波形で単調増加と単調減少とを交互に繰り返す波形電圧であれば、交流及び直流のいずれであってもよい。
図１０は、自車両７９（図１１）に搭載される前照灯装置５５のブロック図である。自車両７９は、左右のいずれか一方の前照灯を制御するものとしている。図１０における図示は省略しているが、前照灯装置５５の要素のうち、制御部５７と制御部５７より右側に図示されている要素は、他方の前照灯の制御も行う。
さらに、前照灯装置５５の要素のうち、前照灯ユニット１ａ，１ｂ以外の要素は、前照灯装置５５の要素としてだけでなく、自車両７９の衝突防止及び運転支援等の制御にも兼用される要素となっている。
１つの前照灯装置５５は、２つの前照灯ユニット１ａ，１ｂを装備する。前照灯ユニット１ａ，１ｂについて特に区別しないときは、「前照灯ユニット１」と総称する。
制御部５７は、演算部（ＣＰＵ）や一時記憶部（ＲＡＭ）や入出力部（Ｉ／Ｏ）を包含するマイクロセッサから成る。記憶装置５８は、揮発性メモリの他に、ＲＯＭ及び読書き自在の不揮発性メモリを含み、制御部５７が実行するプログラムや、記憶装置５８への非給電中も記憶が必要なデータも記憶できるようにしている。
舵角センサー６１は、自車両７９のステアリングホィールの操舵角（旋回方向及び旋回量）を検出する。照度センサー６２は、自車両７９の周囲の照度（現在が昼か夜か）を検出する。カメラ６３は、自車両７９の前方の撮像画像を生成する。先行車両７８（図１１）の有無は、撮像画像の公知の処理に基づいて検出することができる。車速センサー６４は自車両７９の車速を検出する。車体の傾きセンサー６５は、車体の傾きから走行路の傾斜角を検出する。距離センサー６６は先行車両７８までの距離を検出する。アクセル・ブレーキ６７は、運転者によるアクセル及びブレーキの操作の有無を検出する。振動センサー６８は自車両７９の振動を検出する。
以下、照射系１３ａ，１３ｂが備える各要素について、特に区別する必要があるときは、それぞれ「ａ」及び「ｂ」の添え字付きで説明し、特に区別しないときは、添え字の「ａ」及び「ｂ」を省略して説明する。
照射系１３は、ＬＤ（Laser Diode）電源回路７３及びＭＥＭＳ電源回路７４を有する。ＬＤ電源回路７３は、制御部５７からの制御信号に基づいて例えば青色のレーザ光出射装置１４のオン、オフを制御する。ＭＥＭＳ電源回路７４は、制御部５７からの制御信号に基づいて光偏向器１５の第１及び第２駆動電圧を制御する。制御部５７は、舵角センサー６１〜振動センサー６８からの検知信号に基づいてＬＤ電源回路７３及びＭＥＭＳ電源回路７４に出力する制御信号を生成する。
図１１は、上記の前照灯装置５５を搭載した自車両７９がカーブ道路８１において実施するＳＰＯＴの変更状況の説明図である。図１１では、自車両７９は、カーブ道路８１の自車レーン８２を走行中であり、前方に先行車両７８が存在することを想定している。図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ自車両７９が前照灯装置５５をオフセット無し及びオフセット有りで作動させたときのＳＰＯＴの状態を示している。
自車両７９が前照灯装置５５を装備しない場合には（図１１Ａ）、ＳＰＯＴの左右中心線は自車両７９の左右中心線上に固定されている。したがって、自車両７９がカーブ道路８１を走行している期間も、直進走行期間と同様に、ＳＰＯＴの左右中心線は自車両７９の左右中心線上に位置し、先行車両７８はＳＰＯＴの外になってしまう。
これに対し、自車両７９が前照灯装置５５を装備した場合には（図１１Ｂ）、前照灯装置５５が舵角センサー６１〜振動センサー６８からの検知信号に基づいて、カーブ道路８１の曲率や先行車両７８の位置に応じて、前照灯ユニット１ａの照射系１３ｂの光偏向器１５ｂの第２駆動電圧のオフセットを制御する。これにより、先行車両７８はＳＰＯＴ内に維持され、自車両７９の運転者は、先行車両７８の走行状態を明確に把握することができる。
制御部５７によるＳＰＯＴの制御は具体的には次のように行われる。自車レーン８２が直進からカーブに移行することは具体的には次のように検出される。自車両７９の運転者は、カーブ道路８１における自車レーン８２のカーブに合わせてハンドルを操作する。これにより、舵角センサー６１が検知する舵角が変化して、自車両７９の旋回方向が検知される。制御部５７は、また、カメラ６３の撮像画像の公知の処理から自車両７９の左右方向中心線に対する先行車両７８の左右方向変位を検出することができる。こうして、制御部５７は、ＳＰＯＴを、舵角センサー６１が検知した旋回方向や、左右方向に変位した先行車両７８の方に、ＳＰＯＴを向ける。
制御部５７は、さらに、カーブ道路８１における先行車両７８の変位を予見して、予見した方向にＳＰＯＴを予め向けることができる。例えば、車速センサー６４及び距離センサー６６からの検知信号は、自車両７９に対する先行車両７８の方向、及び自車両７９と先行車両７８との相対距離の増減が検知される。制御部５７は、これらの検知に基づいて先行車両７８がＳＰＯＴ内に収まるように、ＳＰＯＴの左右方向位置（水平方向位置）を制御する。
図１２は、仮想垂直スクリーン４５上でのＳＰＯＴの変位を示している。図１２では、ＳＰＯＴの変位を分かり易くするために、仮想垂直スクリーン４５の背景として自車レーン８２等も図示している。図１２Ａ及び図１２Ｂはそれぞれ図１１Ａ及び図１１Ｂに対応したＳＰＯＴの位置を示している。水平軸Ｈ及び垂直軸Ｖの交点としての原点Ｏは、自車両７９の左右中心線上に存在する。
自車両７９が直進路からカーブ道路８１に移行するのに伴い、先行車両７８は仮想垂直スクリーン４５上において水平軸Ｈ方向の旋回側に変位し、やがて、水平軸Ｈ方向のＳＰＯＴの端に達する。図１２Ａは、このまま放置すると、先行車両７８がＳＰＯＴ外になってしまう状態を示している。
自車両７９が前照灯装置５５を装備しない場合は、ＳＰＯＴを水平軸Ｈ方向に変位させることができないので、先行車両７８はやがてＳＰＯＴの範囲外になってしまう（図１２Ａ）。
これに対し、自車両７９が前照灯装置５５を装備した場合は、自車両７９がカーブ道路８１を走行していること、先行車両７８が自車レーン８２を走行していることを、舵角センサー６１の検知した舵角やカメラ６３の撮像画像等から検知する。これにより、ＳＰＯＴが水平軸Ｈ方向に先行車両７８が変位した側（カーブ道路８１の内側）方に動かされ、先行車両７８はＳＰＯＴ内に維持することができる。
水平軸Ｈ方向のＳＰＯＴの変位は、先行車両７８をＳＰＯＴの左右方向中心に維持しなくてもよい。先行車両７８がＳＰＯＴ内に存在するように、行えばよい。この実施形態では、第２駆動電圧に含まれるオフセット電圧を０、＋Ｖｆ、−Ｖｆの３段階で切替えて、水平軸Ｈ方向のＳＰＯＴの相対位置を中央、左及び右の３段階で段階切替えしている。なお、オフセット電圧を段階切替ではなく、連続的に変更して、水平軸Ｈ方向のＳＰＯＴの相対位置を無段階で変更するようにしてもよい。
図１２Ｂは、ＳＰＯＴが、仮想垂直スクリーン上で、ＭＩＤの内側内に維持されつつオフセット電圧＝０の対応する左右方向中央の位置（一点鎖線）から、オフセット電圧＝−Ｖｆの対応する長さＫα変位して、左右方向左側の位置（実線）に切り替わった状態を示している。
本発明を図示の実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定することなく、発明の要旨（本発明の技術思想）の範囲内において種々の変形を包含することができる。
例えば、実施形態では、光源として青色のレーザ光を出射するレーザ光出射装置１４が用いられている。本発明は、光源として、ＲＧＢレーザやＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を採用することができる。
実施形態では、共振制御部及び非共振制御部として制御部５７が兼用されているが、共振制御部及び非共振制御部は、個別の制御部であってもよい。
実施形態では、状況検出部としての舵角センサー６１〜振動センサー６８により車両運転に関する状況が検出され、制御部５７が、検出された状況に基づいてオフセット電圧を決定している。本発明では、車両運転に関する状況の検出は、舵角センサー６１〜振動センサー６８以外のものを追加して行ったり、又は舵角センサー６１〜振動センサー６８から特定のものを省略して行ったりすることができる。
実施形態では、第１及び第２照射系として照射系１３ａ，１３ｂが上下の位置関係で配置されている。本発明の第１及び第２照射系は、左右や対角の位置関係で配置されてもよい。
実施形態では、投影部としての透明の複数枚の投影レンズ１９が備えられている。本発明の投影部は、１枚の投影レンズであったり、無色ではなく、有色の透明レンズであったりしてもよい。
実施形態では、第１周波数として１５ｋＨｚ、第２周波数として６０Ｈｚが採用されているが、本発明で使用する第１及び第２周波数は、これに限らず、その他の値であってもよい。
実施形態では、レーザ光出射装置１４からの入射光を偏向する光偏向器１５は、第１アクチュエータとして内側アクチュエータ３６を備え、第２アクチュエータとして外側アクチュエータ３７を備えている。そして、内側アクチュエータ３６及び外側アクチュエータ３７は、共に、印加電圧に応じて変形する圧電膜を備える圧電式のアクチュエータとなっている。
しかしながら、本発明の光偏向器が備えるアクチュエータは、相互に直交する第１及び第２回転軸線に対し、ミラー部を、第１回転軸線の回りには固有振動の周波数（共振周波数）で往復回動させ、第２回転軸線の回りには固有振動の周波数とは別の周波数（非共振周波数）で往復回動させるアクチュエータであれば、圧電式に限定されない。電磁式や静電式等、他の方式のアクチュエータであってもよい。
実施形態の前照灯装置５５は、蛍光体パネル２０を備える。蛍光体パネル２０は、白色の走査光（照射光）を照射領域に照射するために備えられたものである。光源が白色の光を生成する場合や、走査光の色をこだわらない場合には、蛍光体パネル２０は省略することができる。また、光源がレーザ光出射装置１４のようなレーザ光源である場合、蛍光体パネル２０と共に、又は蛍光体パネル２０の代わりに拡散板を光路の途中に配設することもできる。
実施形態では、ＳＰＯＴが第１照射領域を構成し、ＭＩＤが第２照射領域を構成し、ＷＩＤＥが第３照射領域を構成している。そして、ＳＰＯＴの照射領域のみ、垂直方向走査及び水平方向走査にそれぞれ共振駆動（固有振動の駆動）及び非共振駆動（非固有振動の駆動）を対応付けている。
しかしながら、ＭＩＤの垂直方向走査及び水平方向走査にも、それぞれ共振駆動及び非共振駆動を対応付けることもできる。ただし、内側の照射領域から外側の照射領域に複数の照射領域が順番に設定されていて、各照射領域が１つ外側の照射領域の内側内に設定される場合には、最も外側の照射領域の垂直方向走査及び水平方向走査は、それぞれ非共振駆動及び共振駆動を対応付けることが好ましい。
１３・・・照射系、１４・・・レーザ光出射装置（光源）、１５・・・光偏向器、１９・・・投影レンズ（投影部）、２２，２３・・・光路、３４・・・外側矩形枠（支持部）、３６・・・内側アクチュエータ（第１アクチュエータ）、３７・・・外側アクチュエータ（第２アクチュエータ）、５５・・・前照灯装置、５７・・・制御部（共振制御部及び非共振制御部）、６１・・・舵角センサー（状況検出部）、６２・・・照度センサー（状況検出部）、６３・・・カメラ（状況検出部）、６４・・・車速センサー（状況検出部）、６５・・・傾きセンサー（状況検出部）、６６・・・距離センサー（状況検出部）、６７・・・アクセル・ブレーキ（状況検出部）、６８・・・振動センサー（状況検出部）。

Claims (7)

  1. 光源と光偏向器と制御部とを備える前照灯装置であって、
    前記光偏向器は、
    前記光源からの光を、相互に直交する第１及び第２回転軸線の回りの回動角に応じた方向に反射するミラー部と、
    第１駆動電圧に応じて前記ミラー部を前記第１回転軸線の回りに往復回動させる第１アクチュエータと、
    第２駆動電圧に応じて前記ミラー部を前記第２回転軸線の回りに往復回動させる第２アクチュエータとを備え、
    前記制御部は、
    前記第１回転軸線の回りの前記ミラー部の固有振動の共振周波数である第１周波数の正弦波電圧に基づいて前記第１駆動電圧を生成して前記第１アクチュエータに出力する共振制御部と、
    前記第１周波数より低い非共振周波数である第２周波数の増減波形の基本駆動電圧にオフセット電圧を重畳した重畳電圧に基づいて前記第２駆動電圧を生成して前記第２アクチュエータに出力する非共振制御部とを備え、
    前記第１回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動による前記ミラー部からの反射光が前方の照射領域において垂直方向に走査され、かつ前記第２回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動による前記ミラー部からの反射光が前方の照射領域において水平方向に走査されるように、前記ミラー部への入射光の光軸に対する前記光偏向器の前記第１及び第２回転軸線の方向が設定されていることを特徴とする前照灯装置。
  2. 請求項１記載の前照灯装置において、
    車両運転に関する状況を検出する状況検出部を備え、
    前記非共振制御部は、前記状況検出部が検出した状況に基づいて前記オフセット電圧を決定することを特徴とする前照灯装置。
  3. 請求項２記載の前照灯装置において、
    前記第２駆動電圧は、鋸波形の電圧であることを特徴とする前照灯装置。
  4. 第１及び第２照射系と、前記第１及び第２照射系を制御する制御部とを備え、
    各照射系は、光源と該光源からの光を偏向する光偏向器とを個々に備えるとともに、該光偏向器からの光を前方の照射領域に投影する投影部を共通に備え、
    各照射系の光偏向器は、
    前記光源からの光を、相互に直交する第１及び第２回転軸線の回りの回動角に応じた方向に反射するミラー部と、
    第１駆動電圧に応じて前記ミラー部を前記第１回転軸線の回りに往復回動させる第１アクチュエータと、
    第２駆動電圧に応じて前記ミラー部を前記第２回転軸線の回りに往復回動させる第２アクチュエータとを備え、
    前記制御部は、各照射系の光偏向器に対し、
    前記第１回転軸線の回りの前記ミラー部の固有振動の共振周波数である第１周波数の正弦波電圧に基づいて前記第１駆動電圧を生成して前記第１アクチュエータに出力する共振制御部と、
    前記第１周波数より低い非共振周波数である第２周波数の増減波形の基本駆動電圧に基づいて前記第２駆動電圧を生成して前記第２アクチュエータに出力する非共振制御部とを備え、
    前記第１照射系では、
    前記第１回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動による前記ミラー部からの反射光が前方の照射領域において水平方向に走査され、かつ前記第２回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動による前記ミラー部からの反射光が前方の照射領域において垂直方向に走査されるように、前記ミラー部への入射光の光軸に対する前記光偏向器の前記第１及び第２回転軸線の方向が設定され、
    前記第２照射系では、
    前記第１回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動による前記ミラー部からの反射光が前方の照射領域において垂直方向に走査され、かつ前記第２回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動による前記ミラー部からの反射光が前方の照射領域において水平方向に走査されるように、前記ミラー部への入射光の光軸に対する前記光偏向器の前記第１及び第２回転軸線の方向が設定され、
    前記非共振制御部は、前記第２照射系の前記第２アクチュエータには、前記基本駆動電圧とオフセット電圧とを重畳した重畳電圧に基づいて前記第２駆動電圧を生成することを特徴とする前照灯装置。
  5. 請求項４記載の前照灯装置において、
    前記照射領域は、前記第１照射系からの光が照射される第１照射領域及び前記第２照射系からの光が照射される第２照射領域を含み、
    前記非共振制御部は、前記第２照射領域が前記第１照射領域の内側内で水平方向に変位するように前記第２駆動電圧を生成することを特徴とする前照灯装置。
  6. 請求項５記載の前照灯装置において、
    車両運転に関する状況を検出する状況検出部を備え、
    前記非共振制御部は、前記状況検出部が検出した状況に基づいて前記オフセット電圧を決定することを特徴とする前照灯装置。
  7. 請求項４〜６のいずれか１項に記載の前照灯装置において、
    前記第２駆動電圧は、鋸波形の電圧であることを特徴とする前照灯装置。
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