JP7140559B2 - 車両用ランプ - Google Patents

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Description

本発明は照明用の可視光を出射する可視光源と、他車両等の対象物を検出するための赤外光を出射する赤外光源を備える車両用ランプに関するものである。
自動車等の車両の安全走行性を高めるために、例えば、自動車の前方領域を可視光により照明するとともに、当該前方領域に向けて赤外光を照射し、対象物で反射された赤外光に基づいて当該対象物を検出する車両用ランプが提案されている。また、車両の走行領域やその周辺領域の視認性を高めるために、可視光で走査して前方領域を照明する技術も提案されている。
特許文献１には、ランプハウジング内に、可視光源と、赤外線センサーの発光部と受光部を配設し、可視光源から出射された可視光と、発光部（赤外光源）から出射された赤外光を走査ミラーにより走査して自動車の前方領域を照射する技術が提案されている。この技術によれば、赤外光を利用して前方領域に存在する対象物（障害物）を検出し、検出した対象物に可視光を照射して乗員が当該対象物を視認することが可能になる。
特開２００９－１８７２６号公報
特許文献１の技術は、可視光源と赤外光源から出射される光束（光ビーム）を１つの走査ミラーにより走査しながら照射しており、可視光と赤外光の照射領域はほぼ同じである。そのため、可視光の照射領域を自動車の走行領域の外側にまで広げると、これに伴って赤外光の照射領域も広くなり、走行に関与しない対象物を検出してしまうことがある。反対に、赤外光の照射領域を自動車の走行領域に限ると、可視光の照射領域が狭くなり、走行領域の周辺領域を乗員が視認することができなくなる。
この課題を解消するためには、可視光と赤外光をそれぞれ独立した別の走査手段で走査することが考えられ、特許文献１でも提案されている。しかし、これでは少なくとも２つの走査手段が必要となり、ランプを構成する部品点数が増大し、ランプ構造が複雑かつ大型になり、かつコスト高の要因になる。
本発明の目的は、ランプ構造の複雑化を回避する一方で、可視光と赤外光をそれぞれ異なる所定の領域に照射することを可能にした車両用ランプを提供することにある。
本発明は、光源部と、この光源部から出射した光を走査する走査部を備え、走査された光を車両外部に向けて照射する車両用ランプであって、前記光源部は、可視光を出射する複数個の可視光源と、赤外光を出射する複数個の赤外光源を備える。可視光源と赤外光源は走査部での走査方向に並んで配列され、隣接配置された複数個の可視光源による各照射領域は走査方向に連続され、隣接配置された複数個の赤外光源の各照射領域は走査方向に連続される。
本発明において、赤外光源は可視光源の間に配置されて光源部の両端の光源は可視光源であり、複数個の可視光源の照射領域を合成した領域は、複数個の赤外光源の照射領域を合成した領域よりも、走査方向の両側に拡大される。
本発明によれば、可視光と赤外光を走査する走査部を共用する一方で、それぞれを異なる所定の領域に照射することを可能にした車両用ランプを提供することができ、ランプ構造の簡略化や低コスト化が実現できる。
本発明を適用した自動車のヘッドランプの概略水平断面図。 ロービーム配光とハイビーム配光の配光特性図。 本発明にかかるランプユニットの概略斜視図と光源部の正面図。 自動車の前方領域の配光パターンを説明する図。 可視光の走査による照射領域を説明する図。 赤外光の走査による照射領域を説明する図。 ＡＤＢ配光制御を説明する図。 光源部の変形例の概略正面図。 走査部の変形例の概略斜視図。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明を適用した自動車のヘッドランプＨＬの概略水平断面図である。このヘッドランプＨＬはランプボディ１１と、透光性の前面カバー１２で構成されたランプハウジング１を備え、このランプハウジング１に内装されたロービームランプユニット２とハイビームランプユニット３で構成されている。
前記ロービームランプユニット２は従来から提案されているリフレクタ型ランプユニットあるいはプロジェクタ型ランプユニットで構成されているが、ここではプロジェクタ型ランプユニットで構成されている。このロービームランプユニット２は、点灯されたときには、図２（ａ）の配光特性図に示すように、自動車の前方領域の水平線Ｈにほぼ沿って延びるカットオフラインＣＯＬを有し、このカットオフラインＣＯＬよりも下側の領域を照明するロービーム配光パターンＰＬでの照明を行うようになっている。カットオフラインＣＯＬは、鉛直線Ｖの右側（対向車線側）と左側（自車線側）とで高さが相違する。
前記ハイビームランプユニット３は、ここではＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）配光制御のランプユニットとして構成されている。このハイビームランプユニット３の構造については後述するが、図２（ｂ）の配光特性図に示すように、水平方向に並んだ複数の照射領域Ｐ１～Ｐ６で構成されており、ハイビームランプとして点灯されたときには、全ての照射領域Ｐ１～Ｐ６が水平方向に連続するようにして合成されたハイビーム配光パターンＰＨでの照明を行う。このハイビーム配光パターンＰＨは、前記カットオフラインＣＯＬを含むロービーム配光パターンＰＬの上側の領域を照明する。
また、詳細は後述するが、ハイビームランプユニット３がＡＤＢ制御されるときには、照射領域Ｐ１～Ｐ６のいずれかを選択的に点灯、あるいは消灯（減光を含む）する。これにより、対向車や先行車等の他車が存在する領域を非照射領域として当該他車に対する眩惑を防止し、同時にそれ以外の領域についてはカットオフラインよりも上側の領域を照明することにより自動車の前方領域の視認性を高めたＡＤＢ配光制御が実現される。
本発明は、前記ハイビームランプユニット３に適用されており、このハイビームランプユニット３は、図１に示すように、光源部４と、走査部５と、投影部６を備えており、点灯制御装置８により点灯が制御されるようになっている。
前記光源部４は前記ランプハウジング１に内装支持されたヒートシンク７の一部に搭載されている。前記ヒートシンク７は、図示を省略する複数の放熱フィンを備えており、前記光源部４が発光したときに発生する熱をヒートシンク７から外部に放熱させるようになっている。
図３（ａ）はハイビームランプユニット３の概略構成を示す模式的斜視図であり、前記光源部４は前記ヒートシンク７に支持される回路基板４０を有しており、この回路基板４０に、図３（ｂ）のように、５個の光源が搭載されている。前記各光源は発光素子で構成されており、ここではＬＥＤ（発光ダイオード）４１～４５が水平方向に一列に配列された状態で搭載されている。
これら５個のＬＥＤ４１～４５は、３個の可視（ＶＩ:visible）ＬＥＤ４１，４３，４５と、２個の赤外（ＩＲ：Infrared）ＬＥＤ４２，４４で構成されている。可視ＬＥＤ４１，４３，４５は発光したときに白色光を出射し、赤外ＬＥＤ４２，４４は発光したときに赤外光を出射する。そして、これら可視ＬＥＤ４１，４３，４５と赤外ＬＥＤ４２，４４は交互に配列されており、中央と両端に可視ＬＥＤ４１，４３，４５が配置され、中央の可視ＬＥＤ４３を挟んだ両側に赤外ＬＥＤ４２，４４が配置されている。
前記各ＬＥＤ４１～４５は、図３（ａ）の一部に一つのＬＥＤ４１を代表して示すように、給電されたときに発光するＬＥＤチップ４１１と、このＬＥＤチップ４１１の発光面に対向して配置された集光レンズ４１２が一体化されており、ＬＥＤチップ４１１から出射される光は集光レンズ４１２により所要の径寸法の光束（光ビーム）として前記走査部５に向けて出射される。なお、前記各ＬＥＤはディスクリートＬＥＤを用いたものであってもよい。また、発光素子はＬＤ（レーザダイオード）であってもよい。
前記走査部５は前記光源部４に対して水平方向に対向する位置に配設されており、前記ヒートシンク７に支持されたモーター５１と、このモーター５１により回転駆動される回転ブレード５２とを有する回転リフレクタとして構成されている。回転ブレード５２は表面が光反射面として構成された複数枚、ここでは２枚の半円形をした光反射ブレードで構成されており、これらの回転ブレード５２がモーター５１の回転軸に対して円周方向に並んで取り付けられている。
また、前記２枚の回転ブレード５２はモーター５１の回転中心に対して点対称の形状であり、その光反射面の径方向の傾斜角度、すなわち前記光源部４から出射されてくる光の出射方向に対する水平方向の傾斜角度が、円周方向に沿って連続的に変化する捩じり面として形成されている。また、各回転ブレード５２の光反射面は、水平方向については、前記光源部４に対して４５度を基準とする角度に向けられている。これにより、回転ブレード５２は光源部４から出射されてきた光を水平方向にほぼ直角に曲げて反射するとともに、モーター５１を駆動したときに回転ブレード５２は回転駆動され、この回転に伴って当該光路を水平方向に走査しながら投影部６に向けて投射する。
前記投影部６は、所要の光学特性を有する投影レンズ６１を備えており、この投影レンズ６１はレンズホルダ６２及び前記ヒートシンク７の一部で構成されているステム６３により前記ヒートシンク７に支持されている。この投影レンズ６１は、前記走査部５から反射されてきた光を自動車の前方領域に向けて投影するが、ここでは５個のＬＥＤ４１～４５の光束Ｌ１～Ｌ５をそれぞれ上下方向、すなわち鉛直方向に拡大するように屈折し、鉛直方向に細長い形状の光束に整形する。したがって、この鉛直方向に縦長とされた５個の光束Ｌ１～Ｌ５が前記走査部５によりそれぞれ水平方向に走査されることになる。
さらに、この実施形態では、前記ヘッドランプＨＬは対象物検出装置９を備えている。この対象物検出装置９は、赤外光に受光感度を有する撮像素子９１と画像解析部９２を備えている。この撮像素子９１は、自動車の前方領域における赤外光、特に前記赤外ＬＥＤ４２，４４から当該前方領域に向けて照射された赤外光で照明された対象物を撮像する。また、前記画像解析部９２は、前記撮像素子９１で撮像して得られる撮像信号に基づいて所要の画像解析を行い、当該前方領域に存在する対象物、すなわち先行車や対向車を検出し、その検出信号を出力する。ここで、撮像素子９１は対象物から反射された赤外光を受光するラインセンサーで構成されてもよい。
前記点灯制御装置８は、前記対象物検出装置９と前記光源部４に接続されており、前記対象物検出装置９において検出された対象物の検出信号が入力されると、この検出信号に基づいて前記光源部４の各ＬＥＤ４１～４５の点灯を制御する。この検出信号には、検出した対象物の位置情報、すなわち自車両の前方領域のいずれの方向に先行車や対向車が存在しているかの情報が含まれる。また、各ＬＥＤ４１～４５の点灯の制御はＬＥＤの発光と消光を制御するが、発光したときの発光光度を制御する機能を含んでいてもよい。さらに、この点灯制御装置８はロービームランプユニット２の光源部（図示せず）を制御する機能を備えていてもよく、この実施形態ではそのように構成している。
以上の構成のヘッドランプＨＬにおいては、乗員（運転者）が点灯スイッチ（図示せず）を「ロービーム」に操作すると、これを受けた点灯制御装置８での制御によりロービームランプユニット２が点灯される。このときには、図２（ａ）にも示しているが、図４の前方領域のうち左上がり破線領域のように、自動車の前方領域の走行領域Ａ１と、その周辺領域Ａ２を含む水平線Ｈにほぼ沿ったカットオフラインＣＯＬの下側領域を照明するロービーム配光パターンＰＬでの照明が実行される。
また、乗員が点灯スイッチを「ハイビーム」に操作すると、点灯制御装置８はロービームランプユニット２点灯に加えて、ハイビームランプユニット３を点灯状態に制御する。この制御では、光源部４の可視ＬＥＤ４１，４３，４５のみを発光すると同時に、走査部５、すなわち回転リフレクタが駆動され、回転ブレード５２が一方向に回転駆動される。これにより、３個の可視ＬＥＤ４１，４３，４５から出射された白色の光束は回転ブレード５２に投射され、回転駆動される回転ブレード５２によって反射されて投影レンズ６１により自動車の前方領域に照射される。
このとき、図５に示すように、３個の可視ＬＥＤ４１，４３，４５から出射される光束Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５は、回転ブレード５２での回転によりそれぞれ水平方向の所要領域にわたって走査されながら前方領域に照射される。これにより、図２（ｂ）にも示したように、各可視ＬＥＤ４１，４３，４５の光束Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５は、それぞれ水平方向に隣り合った照射領域Ｐ１とＰ２，Ｐ３とＰ４，Ｐ５とＰ６は、それぞれ水平方向に連続された照射領域とされる。
このような３個の可視ＬＥＤ４１，４３，４５の照射領域Ｐ１～Ｐ６を合成すると、図４に示したロービーム配光パターンＰＬの上側領域、すなわちカットオフラインＣＯＬの上側領域を照明する右上がり破線のハイビーム配光パターンＰＨが得られる。したがって、ロービーム配光パターンＰＬとハイビーム配光パターンＰＨとが合成されて前方領域の照明が実行される。この「ハイビーム」での照射領域は、自動車の走行領域Ａ１とその周辺領域Ａ２を含めた広い領域である。
一方、乗員が点灯スイッチを「ＡＤＢ制御」に操作すると、点灯制御装置８はロービームランプユニット２を点灯状態に制御するとともに、ハイビームランプユニット３の光源部４の赤外ＬＥＤ４２，４４を発光する。同時に、走査部５が駆動されて回転ブレード５２が回転駆動されるため、２個の赤外ＬＥＤ４２，４４から出射された赤外光の光束Ｌ２，Ｌ４は自動車の前方領域に水平方向に走査されながら照射される。
各赤外ＬＥＤ４２，４４から出射される光束Ｌ２，Ｌ４は、それぞれ水平方向の所要範囲にわたって走査されながら前方領域に照射されるので、図６に示すように、各赤外ＬＥＤ４２，４４の光束Ｌ２，Ｌ４は、それぞれ水平方向に隣り合った照射領域Ｐ２とＰ３，Ｐ４とＰ５が水平方向に連続した状態で照射される。２個の赤外ＬＥＤ４２，４４は３個の可視ＬＥＤ４１，４３，４５よりも水平方向の中央側に配置されているので、赤外光の照射領域Ｐ２～Ｐ５は可視光の照射領域Ｐ１～Ｐ６よりも狭く、ほぼ自動車の走行領域Ａ１に照射される。
したがって、図７に示すように、赤外光が照射される走行領域Ａ１に対象物、ここでは対向車ＣＡＲが存在しているときには、照射された赤外光は対向車ＣＡＲにより反射され、この反射光は対象物検出装置９の撮像素子９１において撮像される。そして、撮像された画像に基づいて画像解析部９２において対向車ＣＡＲが検出されると、検出信号が点灯制御装置８に出力される。点灯制御装置８は、この検出信号を受けて光源部４の可視ＬＥＤ４１，４３，４５を点灯制御し、対向車ＣＡＲが存在している領域には可視ＬＥＤの光束を照射しないように制御する。
ここで、可視ＬＥＤ４１，４３，４５が経時的に連続して発光されているときには、可視ＬＥＤ４１，４３，４５からの光束は回転ブレード５２の回転に伴って水平方向に繰り返し走査されるが、この走査は高速であるので、人間の眼で見れば水平方向に走査された領域は照射領域となる。この走査に同期して可視ＬＥＤ４１，４３，４５の発光光度（光度零の消光を含む）をタイミング制御することにより、走査する水平方向の光度分布を変化させることができる。したがって、各照射領域Ｐ１～Ｐ６について、所望の領域のみを照明し、他の領域の光度を低下ないし消灯することができる。
この図７の例では、可視ＬＥＤ４１，４３から出射される可視光の光束Ｌ１，Ｌ３は回転ブレード５２により走査されて照射領域Ｐ１とＰ２，Ｐ３とＰ４に照射されるが、可視ＬＥＤ４５については、対向車ＣＡＲが存在する照射領域Ｐ５に可視光が走査されるタイミング時にその発光が停止され、消光される。そのため、照射領域Ｐ６には照射が行われるが、照射領域Ｐ５については一部、すなわち対向車ＣＡＲが存在する領域には照射が行われない。
これにより、ＡＤＢ制御時には、３個の可視ＬＥＤ４１，４３，４５の照射領域を合成した照射領域Ｐ１～Ｐ６は、対向車ＣＡＲが存在する照射領域Ｐ５の一部領域は可視光が照射されず、それ以外の照射領域Ｐ１～Ｐ４，Ｐ６は可視光が照射され、走行領域Ａ１とその周辺領域Ａ２を含めた広い領域が照明され、自動車の前方領域の視認性を高めたＡＤＢ配光制御が実現される。
以上のように、可視ＬＥＤ４１，４３，４５と赤外ＬＥＤ４２，４４を複合した光源部４を構成することにより、１つの走査部５で可視光と赤外光の両方を走査することができ、走査部を構成する部品点数、さらにはランプを構成する部品点数の増大を抑制し、ランプ構造の簡易化と小型化ができ、かつ低コスト化が実現できる。
その一方で、赤外ＬＥＤ４２，４４は、光源部４において可視ＬＥＤ４１，４３，４５よりも水平方向の中央側に配列されており、点灯されたときの照射領域Ｐ２～Ｐ４を合成した領域は可視ＬＥＤの照射領域Ｐ１～Ｐ６合成した領域よりも左右領域が狭い領域とされている。したがって、赤外光を自動車の走行領域Ａ１に対して限定的に照射し、この走行領域Ａ１に存在する対向車や先行車等の対象物を検出することができる。すなわち、自動車の走行に直接関係しない周辺領域Ａ２に存在する不要な対象物を検出することはなく、不要な対象物を検出することによってＡＤＢ制御に無用な影響を与えることを防止することができる。
実施形態では、光源部の構成として、３個の可視ＬＥＤと２個の赤外ＬＥＤを水平方向に１列で配列した構成であるが、各ＬＥＤの個数は、この数に限定されるものではなく、適宜の個数に設定できる。すなわち、可視ＬＥＤは複数個で構成され、赤外ＬＥＤは可視ＬＥＤよりも少ない１個以上の個数であればよい。
また、各ＬＥＤは鉛直方向に複数個単位で配列されていてもよい。例えば、図８（ａ）の光源部は、水平方向に５列の可視ＬＥＤ４１，４３，４５と赤外ＬＥＤ４２，４４がそれぞれ鉛直方向に２個ずつ配列されている。この場合においても、可視ＬＥＤ４１，４３，４５と赤外ＬＥＤ４２，４４は交互に配列され、両端には可視ＬＥＤ４１，４５が配置されている。このように、鉛直方向に複数個のＬＥＤを配列することにより、投影する光束の鉛直方向の照射領域（照射高さ範囲）を拡大することができ、投影部６の投影レンズ６１の設計、製造が容易になる。
また、可視ＬＥＤと赤外ＬＥＤは、必ずしも交互に、すなわち１個ずつ配列する構成でなくてもよい。すなわち、可視ＬＥＤで照明する領域が水平方向に連続した照射領域となり、また赤外ＬＥＤを照射する領域も水平方向に連続した照射領域となり、その一方で赤外ＬＥＤを照射する領域が可視ＬＥＤで照明する領域よりも水平方向の両側が狭くされた領域となるような配列であれば、複数個ずつ交互に配列する構成、あるいは不規則な個数ずつ配列する構成であってもよい。例えば、図８（ｂ）は、７個のＬＥＤを配列しているが、両端にはそれぞれ２個の可視ＬＥＤ４１ａ，４１ｂ，４５ａ，４５ｂが隣接配列されている。これにより、周辺領域Ａ２をより広い範囲で照明することができる。
本発明の光源部を構成する複数の可視光源と赤外光源は、実施形態のＬＥＤに限られるものではなく、ＬＤ、有機ＬＥＤ等の半導体発光素子であってもよく、あるいは電球、放電灯等の光源であってもよい。
本発明にかかる走査部は、実施形態に記載の回転リフレクタ構造に限定されるものではない。例えば、特許文献１においても採用されているが、図９に概略構成を示すように、電磁力により光反射用のミラー１１を鉛直軸１２を中心として水平方向に揺動させることにより、ミラー１１の反射面の傾きを水平方向に変化させる１軸型ミラー１０で構成されてもよい。
また、図示は省略するが、走査部は、光源部から出射された光を水平方向及び鉛直方向にそれぞれ走査して所定の領域の照射を行うようにしてもよい。この場合には、走査部は、互いに直交する方向に向けられた２つの軸回りに回動ないし傾動させて走査を行う２軸型走査ミラーで構成されてもよい。
実施形態では、ヘッドランプＨＬに対象物検出装置９を一体的に構成しているが、対象物検出装置はランプとは別体に構成されていてもよい。すなわち、ランプに設けられた赤外光源により照射される赤外光を利用して、ランプとは別途に設けられた対象物検出装置において対象物を検出するようにしてもよい。
また、実施形態では、対象物検出装置での対象物の検出に基づいてＡＤＢ制御を行う例を示したが、赤外光を利用して道路形状や路面上の車線ライン等を対象物として検出してもよく、検出した対象物に基づいて自動車の自動運転を行うように構成してもよい。
１ ランプハウジング
２ ロービームランプユニット
３ ハイビームランプユニット
４ 光源部
５ 走査部
６ 投影部
７ ヒートシンク
８ 点灯制御装置
９ 対象物検出装置
１０ １軸型ミラー
４１，４３，４５ 可視ＬＥＤ（可視光源）
４２，４４ 赤外ＬＥＤ（赤外光源）
５１ モーター
５２ 回転ブレード
６１ 投影レンズ
ＰＬ ロービーム配光パターン
ＰＨ ハイビーム配光パターン
Ｌ１～Ｌ５ 光束（光ビーム）
Ｐ１～Ｐ６ 照射領域
Ａ１ 走行領域
Ａ２ 周辺領域

Claims (7)

  1. 光源部と、この光源部から出射した光を走査する走査部を備え、走査された光を車両外部に向けて照射する車両用ランプであって、前記光源部は、可視光を出射する複数個の可視光源と、赤外光を出射する複数個の赤外光源を備え、前記可視光源と前記赤外光源は前記走査部での走査方向に並んで配列され、隣接配置された複数個の可視光源による各照射領域は前記走査方向に連続され、隣接配置された複数個の赤外光源の各照射領域は前記走査方向に連続されることを特徴とする車両用ランプ。
  2. 前記赤外光源は前記可視光源の間に配置されて前記光源部の両端の光源は可視光源であり、前記複数個の可視光源の照射領域を合成した領域は、前記複数個の赤外光源の照射領域を合成した領域よりも、前記走査方向の両側に拡大されている請求項１に記載の車両用ランプ。
  3. 前記可視光源と前記赤外光源はそれぞれ半導体発光素子で構成される請求項１又は２に記載の車両用ランプ。
  4. 前記走査部は、前記光源部から出射された光を反射する反射面の角度が回転に伴って連続的に変化する回転リフレクタ、または反射面が走査方向に沿って傾動される可動ミラーで構成される請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用ランプ。
  5. 前記走査部での可視光の走査に対応して前記可視光源の点灯タイミングを制御する点灯制御手段を備える請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用ランプ。
  6. 前記点灯制御手段は、照射された赤外光の反射光に基づいて対象物を検出する対象物検出手段の検出信号に基づいて点灯タイミングの制御を行う請求項５に記載の車両用ランプ。
  7. 前記対象物検出手段を備える請求項６に記載の車両用ランプ。
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