WO2018216576A1 - 車両用前照灯 - Google Patents

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真也 小暮
大和田 竜太郎
利裕 世古
杉山 貴
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スタンレー電気株式会社
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    • B60Q2300/42Indexing codes relating to other road users or special conditions oncoming vehicle

Definitions

  • the present invention relates to a vehicular headlamp using a monolithic array light source in which a plurality of surface emitting lasers (VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser): Vertical ⁇ ⁇ Cavity Surface Emitting LASER) are arranged.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • LASER Vertical ⁇ ⁇ Cavity Surface Emitting LASER
  • a vehicle headlamp using a monolithic array light source in which a plurality of surface emitting lasers are arranged is known (eg, Patent Document 1).
  • the mask is overlaid on the monolithic array light source, and the mask has an opening containing a phosphor at the position of each surface emitting laser of the monolithic array light source.
  • Laser light from each surface emitting laser of the monolithic array light source enters the opening of the mask, and a part of the light is converted in wavelength by the phosphor in the opening and then emitted from the opening.
  • the diameter of the opening increases toward the emission side.
  • the laser light of the surface emitting laser spreads in the radial direction and is emitted from the opening, so that the dark part due to the separation between the surface emitting lasers of the monolithic array light source is eliminated.
  • Patent Document 2 discloses a light distribution control device for a vehicle headlamp that uses a bulb-type light source (lamp).
  • the light distribution control device detects the presence and position of an oncoming vehicle or a preceding vehicle from a captured image of a camera, maintains an automotive headlamp at a high beam, and does not irradiate a front vehicle such as an oncoming vehicle.
  • the direction of the bulb-type light source is changed in the vehicle width direction.
  • Patent Documents 3 to 6 describe that a part or all of a light source is a semiconductor light emitting element such as a laser or an LED (Light Emitting Diode), and is used for a vehicle that performs AFS (Adaptive Front-lighting System) and ADB (Adaptive Driving Beam). Disclose lighting.
  • the orientation of the housing that houses the light source is moved up, down, left, and right by the actuator when the range of the irradiation area is changed or the illuminance of a predetermined area in the irradiation area is changed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-10228 Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-108873 Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-162121 Patent Document 4: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-73692 Patent Document 5: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-73692 Japanese Patent Laid-Open No. 2016-149273 Patent Document 6: Japanese Patent Laid-Open No. 2016-215788
  • the light immediately after being emitted from the surface emitting laser is wavelength-converted by the phosphor and then emitted. That is, since the emitted light diverges, the boundary between the irradiated portion and the non-irradiated portion is blurred, and it becomes difficult to generate a clear light distribution pattern.
  • the opening of the mask increases in diameter toward the emission side, but the light reflected by hitting the peripheral wall of the opening is the light that travels through the center of the opening. The light is emitted in a direction completely different from the traveling direction. This means that the divergence of the light emitted from the opening is increased, which further hinders the generation of a clear light distribution pattern.
  • each irradiation point in the irradiation region is irradiated only with light from one corresponding VCSEL. Therefore, the brightest illuminance of the irradiated area is defined by the illuminance by the emitted light of one VCSEL and cannot be increased.
  • Patent Document 2 discloses a light distribution control device for a vehicle headlamp, but is irrelevant to suppression of divergence of emitted light from a monolithic array light source.
  • the vehicle headlamp disclosed in Patent Documents 3-5 is a method in which the orientation of the housing that houses the light source is changed by an actuator in order to change the illuminance of the irradiation area or a specific area within the irradiation area. That is, the irradiation area is moved as a whole, and the light distribution pattern of the irradiation area itself is not changed.
  • An object of the present invention is to provide a vehicular headlamp capable of generating a clear light distribution pattern using a monolithic array light source of a surface emitting laser.
  • the vehicle headlamp of the present invention is A monolithic array light source in which a plurality of surface emitting lasers are arranged; An image of a light distribution pattern as an illuminance distribution is generated on the exit side, including a lens array in which a plurality of collimator lenses that emit incident light from each surface emitting laser of the monolithic array light source as collimated light are arranged.
  • an image generating unit that emits incident light from each surface emitting laser of the monolithic array light source by adjusting the direction after passing, and A light distribution pattern forming unit having an image forming surface on which an image of the light distribution pattern is formed by incident light from the image generating unit, and emitting incident light from the image generating unit through the image forming surface; , A projection unit for emitting incident light from the light distribution pattern forming unit to an irradiation area in front of the vehicle; And a light source controller that controls the luminance of the monolithic array light source.
  • the image of the image forming surface of the light distribution pattern forming unit is clarified by the combination of the monolithic array light source of the surface emitting laser and the lens array of the lens array of the image generating unit. Accordingly, a clear light distribution pattern can be generated using a monolithic array light source of a surface emitting laser.
  • the lens array is A first group of collimators that emit the incident light while changing the direction of the incident light so that the light incident points of the incident light from the plurality of surface emitting lasers of the monolithic array light source do not overlap with the image forming surface of the light distribution pattern forming unit.
  • a lens A second group of collimators that emit the incident light while changing the direction of the incident light so that the light incident points of the incident light from the plurality of surface emitting lasers of the monolithic array light source overlap on the image forming surface of the light distribution pattern forming unit.
  • Including a lens is A first group of collimators that emit the incident light while changing the direction of the incident light so that the light incident points of the incident light from the plurality of surface emitting lasers of the monolithic array light source do not overlap with the image forming surface of the light distribution pattern forming unit.
  • high illuminance and low power can be obtained depending on whether or not the light incident points of the laser beams of the plurality of surface emitting lasers of the monolithic array light source are overlapped.
  • a light distribution pattern including a region with illuminance can be formed smoothly.
  • the image generating unit is a prism member that emits incident light from each collimator lens of the lens array by adjusting the direction after passing so that an image of a light distribution pattern as an illuminance distribution is generated on the emission side.
  • the laser light of the surface emitting laser of the monolithic array light source passes through the prism member after passing through the collimator lens of the lens array, and the direction of the light is adjusted by the prism member.
  • a clear light distribution pattern is formed on the image forming surface, and a desired light distribution pattern can be generated smoothly.
  • the prism member is A first group of prisms for changing the direction of incident light so that light incident points of incident light from a plurality of collimator lenses of the lens array do not overlap with the image forming surface of the light distribution pattern forming unit; And a second group of prisms that emit the incident light while changing the direction of the incident light so that the light incident points of the incident light from the plurality of collimator lenses of the lens array overlap on the image forming surface of the light distribution pattern forming unit.
  • the light incident points of the incident light from the plurality of surface emitting lasers of the monolithic array light source are not overlapped or overlapped on the prism member. Can be realized smoothly.
  • the light source controller is A switching device that switches on and off the plurality of surface emitting lasers of the monolithic array light source individually, pairwise, or groupwise; A light distribution pattern control device for controlling the switch device so that when a vehicle is detected in an irradiation area of the vehicle headlamp, a surface emitting laser that generates emitted light toward the vehicle is turned off. Including.
  • a plurality of surface emitting lasers of the monolithic array light source are turned on and off individually, pairwise, or pairwise to generate a desired light distribution pattern according to the position of the preceding vehicle. Can do.
  • At least some of the plurality of collimator lenses of the lens array have a plurality of incident lights from the plurality of surface emitting lasers of the monolithic array light source as common light incident points on the image forming surface of the light distribution pattern forming unit. Exit toward.
  • a light incident point with higher illuminance than other light incident points can be generated on the image forming surface of the light distribution pattern forming unit.
  • a plurality of groups are set such that each group has a plurality of surface emitting lasers in at least a part of the array of the surface emitting lasers.
  • the light distribution pattern forming unit includes a light incident surface in which a plurality of light incident points are distributed at equal density, and a light distribution pattern is generated as a distribution of illuminance due to incident light at each light incident point, and the light incident surface A light exit surface that emits light that has passed through
  • the image generation unit is configured so that the emitted light of the surface emitting lasers belonging to the same group in the monolithic array light source is incident on a corresponding common light incident point of the light incident surface of the light distribution pattern forming unit. Change the direction of the emitted light.
  • light distribution is achieved by grouping such that light emitted from surface emitting lasers belonging to the same group in a monolithic array light source is incident on a common light incident point on the light incident surface of the light distribution pattern forming unit. It is possible to facilitate the generation of light incident points with high illuminance on the image forming surface of the pattern forming unit.
  • the collimator lens of the lens array and the surface emitting laser of the monolithic array light source are associated with 1: 1, Each collimator lens directs incident light from each surface emitting laser to the corresponding light incident point of the light distribution pattern forming unit.
  • the light distribution pattern forming unit emits the light emitted from the plurality of surface emitting lasers belonging to the same group of each monolithic array light source by the collimator lens corresponding to 1: 1 for each surface emitting laser of the monolithic array light source. Can be smoothly incident on the corresponding light incident point of the light incident surface.
  • the image generation unit includes a first optical unit as the lens array, and a second optical unit different from the first optical unit,
  • the collimator lens is associated with the surface emitting laser of the monolithic array light source 1: 1, and incident light from each surface emitting laser is used as collimated light aligned in the same direction.
  • incident light from each collimator lens of the first optical unit is directed to the corresponding light incident point of the light distribution pattern forming unit.
  • the light emitted from each surface emitting laser of the monolithic array light source is collimated in the same direction by each collimator lens of the first optical unit, and then the light distribution pattern forming unit through the second optical unit. Is incident on the corresponding light incident point.
  • the light traveling from the second optical unit toward the corresponding light incident point on the light incident surface of the light distribution pattern forming unit becomes a uniform light whose spread is suppressed, and therefore, on the light incident surface of the light distribution pattern forming unit.
  • a good illuminance distribution can be generated.
  • the light source controller controls the illuminance distribution on the light incident surface by controlling the number of lighting of the surface emitting lasers of each group of the monolithic array light source.
  • the illuminance at each light incident point of the light incident surface of the light distribution pattern forming unit can be smoothly controlled by controlling the number of lighting of the surface emitting lasers of each group of the monolithic array light source by the light source control unit. it can.
  • the light incident surface of the light distribution pattern forming unit is partitioned into a plurality of sections each including a unique light incident point inside,
  • the light source control unit controls the illuminance level of the section of the light distribution pattern forming unit by changing the number of lighting of the surface emitting lasers of the group of the monolithic array light sources corresponding to the section.
  • the light incident surface of the light distribution pattern forming unit is partitioned into a plurality of sections each including one light incident point inside. Then, the illuminance level of each section of the light distribution pattern generation unit is controlled by changing the number of lighting of the surface emitting lasers of the group of monolithic array light sources corresponding to the section. In this way, by controlling the light incident surface of the light distribution pattern forming unit at the illuminance level for each section, an accurate distribution pattern of the illuminance level as an accurate light distribution pattern is generated on the light incident surface of the light distribution pattern forming unit. be able to.
  • the light source control unit is configured so that a region including a plurality of sections having the brightest illuminance stage on the light incident surface of the light distribution pattern forming unit moves in an arbitrary direction with respect to the center of the light incident surface.
  • the number of surface emitting lasers for each group of array light sources is controlled.
  • the region including a plurality of sections at the brightest illuminance stage on the light incident surface of the light distribution pattern forming unit is moved in an arbitrary direction with respect to the center of the light incident surface, and the brightest in the irradiation region The area can be changed smoothly.
  • the light source control unit is configured so that the illuminance level of a plurality of sections occupying a central portion on the light incident surface of the light distribution pattern forming unit is an illuminance level brighter than the illuminance levels of the plurality of sections occupying a peripheral portion.
  • the number of surface emitting lasers for each group of array light sources is controlled.
  • the central part of the irradiation area can be illuminated brightly.
  • the illuminance stage of the section includes an illuminance stage where the illuminance at the light incident point included in the section becomes zero.
  • the light distribution pattern forming portion is a light-transmitting light scattering portion.
  • the light distribution pattern forming unit is a wavelength conversion unit that performs wavelength conversion of passing light using a phosphor.
  • FIG. 2 is a front view of the VCSEL array of FIG. 1.
  • the front view of the lens array of FIG. The rear view of the light distribution pattern formation part of FIG. Sectional drawing when the light distribution pattern formation part 7 of FIG. 1 is cut along the vertical direction.
  • the front view of the light distribution pattern formation part of FIG. The figure which shows the optical path between the VCSEL array of FIG. 1, and a fluorescent substance plate.
  • FIG. 6 is a front view of the lens array in FIG. 5.
  • the front view of the prism member of FIG. An optical path diagram when a vehicle headlamp includes the prism member of the first example.
  • the figure which shows distribution of the light incident point in the light-incidence surface of the light distribution pattern formation part of FIG. The figure which shows the arrangement
  • sequence state of the collimator lens in the light-projection surface of the lens array of FIG. The schematic diagram in the illumination unit of the vehicle headlamp of 4th Embodiment.
  • Explanatory drawing 1 about the relationship between the number of lighting of VCSEL for every group in a monolithic array light source, the illumination intensity of the light incident point of a light distribution pattern formation part, and the illumination intensity level of the division of a light distribution pattern formation part.
  • FIG. 21 is a structural diagram of a prism device replaced with the lens array of FIG. 20.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an illumination unit 2a of a vehicle headlamp 1a.
  • the vehicular headlamp 1a includes an illumination unit 2a and a light source control unit (eg, a light distribution pattern control device 56 and a switch device 57 in FIG. 8).
  • the illumination unit 2a includes a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting LASER) array 5, a lens array 6, a light distribution pattern forming unit 7, and a projection unit 8 in order in the light traveling direction.
  • the vehicle for example, the own vehicle 67 in FIG. 9) is equipped with the vehicle headlamps 1a on the left and right of the front part of the vehicle body.
  • each light (light flux) indicated by an arrow in FIG. 1 is schematically shown in the same manner as the configuration in the illumination unit 2a. The exact traveling direction will be described with reference to FIG.
  • a 3-axis orthogonal coordinate system is defined.
  • the X axis is the horizontal direction in the front view
  • the Y axis is the vertical direction in the front view.
  • the Z axis is the front-rear direction of the illumination unit 2a.
  • the X axis has a positive direction on the right side in the horizontal direction.
  • the Y axis has a positive orientation on the top.
  • the Z axis has a positive direction in front of the illumination unit 2a.
  • the lighting unit 2a is attached to the left and right sides of the front part of the vehicle body (not shown).
  • the projection unit 8 is, for example, a project lens, and is attached to the front end of the housing 9 so as to be exposed at the front portion of the vehicle body.
  • the light emitting surface 5b of the VCSEL array 5 and the light incident surface 6a of the lens array 6 are facing each other.
  • the light exit surface 6b of the lens array 6 and the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7 face each other.
  • the light emitting surface 7b of the light distribution pattern forming unit 7 and the light incident surface 8a of the projecting unit 8 face each other.
  • the irradiation light of the vehicle headlamp 1a is emitted from the light emission surface 8b of the projection unit 8 toward the irradiation area in front of the vehicle.
  • FIG. 2A is a front view of the VCSEL array 5 in the housing 9.
  • the VCSEL array 5 has a plurality of VCSELs 14 as surface emitting lasers formed in a two-dimensional array on a common sapphire substrate 13.
  • the VCSEL array 5 having a plurality of VCSELs 14 is a hybrid array light source in which a plurality of semiconductor lasers are assembled on a common insulating substrate, or an edge-emitting laser (an edge-emitting laser is distinguished from a VCSEL as a surface-emitting laser). .) Is distinguished from a monolithic array light source formed in a two-dimensional array.
  • each VCSEL 14 is a square of 70 ⁇ m in length and breadth, and a separation part of 30 ⁇ m is formed between the VCSELs 14 adjacent vertically or horizontally.
  • a total of 50 ⁇ 200 vertical and horizontal VCSELs 14 are formed on the sapphire substrate 13 at equal intervals in the vertical and horizontal directions.
  • FIG. 2B is a front view of the lens array 6 in the housing 9.
  • the lens array 6 includes a collimator lens 18a of the first group 19a and a collimator lens 18b of the second group 19b on a common transparent flat substrate 17 as an image generation unit.
  • the vertical and horizontal directions of the lens array 6 correspond to the vertical direction and the vehicle width direction of the vehicle on which the vehicle headlamp 1a is mounted.
  • the lens array 6 is divided into three sections in the vertical direction.
  • a collimator lens 18a of the first group 19a is formed in the upper and lower sections, and a collimator lens 18b of the second group 19b is formed in the middle section. .
  • the collimator lenses 18a and 18b are formed in a circular shape having the same diameter, and those adjacent in the vertical and horizontal directions are in contact with each other on a common tangent line.
  • the arrangement pattern of the collimator lenses 18 a and 18 b in the lens array 6 is matched with the arrangement pattern of the VCSEL 14 in the VCSEL array 5.
  • the light emitting surface 5b of the VCSEL array 5 and the light incident surface 6a of the lens array 6 are facing each other with their surfaces aligned in parallel.
  • the collimator lenses 18a and 18b emit the slightly expanded laser light incident from each VCSEL 14 of the VCSEL array 5 as collimated light.
  • FIG. 3A is a rear view of the light distribution pattern forming unit 7
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of the light distribution pattern forming unit 7 cut along the vertical direction
  • FIG. 3C is a front view of the light distribution pattern forming unit 7.
  • the light distribution pattern forming unit 7 is a phosphor plate, and a rectangular plate-shaped container body 21 and fluorescent particles 22 loaded in a container plate 21 having a predetermined thickness and extending in a rectangular plate shape.
  • the light emitted from the lens array 6 is incident on a light incident surface 7a serving as an image forming surface (imaging surface), passes through the fluorescent particles 22, and is emitted from the light emitting surface 7b toward the projection unit 8.
  • the emission color of the VCSEL 14 of the VCSEL array 5 is blue, and the emitted light of the VCSEL 14 reaches the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7 while maintaining the blue color.
  • the light passes through the accommodation space of the fluorescent particles 22 in the container body 21, and at this time, a part of the light is wavelength-converted into yellow light having a long wavelength by the fluorescent particles 22.
  • the emitted light from the light emitting surface 7b is mixed with the blue light and the yellow light to become the white color required as the illumination light color of the vehicular headlamp 1a, and goes to the projection unit 8. .
  • the light emitted from the lens array 6 forms an image of a light distribution pattern as a desired illuminance distribution on the light incident surface 7 a of the light distribution pattern forming unit 7.
  • the illuminance distribution formed on the light incident surface 7a is divided into three in the vertical direction: an upper section 26a, a middle section 26b, and a lower section 26c.
  • the upper section 26a and the lower section 26c are low illuminance portions Ma
  • the middle section 26b is a high illuminance portion Mb.
  • the low illuminance portion Ma is generated by the incident light from the collimator lens 18a of the first group 19a
  • the high illuminance portion Mb is generated by the incident light from the collimator lens 18b of the second group 19b.
  • the high illuminance portion Mb corresponds to an area that the driver must watch most when driving the vehicle in the irradiation area of the vehicle headlamp 1a.
  • FIG. 4 is a diagram showing an optical path between the VCSEL array and the phosphor plate.
  • “row” and “column” are defined.
  • the VCSEL 14 in the VCSEL array 5 the collimator lenses 18 a and 18 b in the lens array 6, and the collimator lens 18 c in the lens array 46 (FIG. 5)
  • the vertical arrangement is called “row” and the horizontal arrangement is “column”. I will call it.
  • FIG. 4 and FIGS. 7B and 7C described later are mainly for explaining the formation of an image of a light distribution pattern in the embodiment of the present invention. For this reason, the number of rows of the VCSEL 14, the collimator lenses 18a, 18b, 18c or the prisms 50a to 50d shown in FIGS. 4, 7B, and 7C is shown in FIG. The number is greatly reduced.
  • the number of rows and the number of columns in the lens arrays 6 and 46 are equal to the number of rows and the number of columns in the VCSEL array 5, for example, 50 and 200, respectively.
  • the lengths of the row intervals and the column intervals in the lens arrays 6 and 46 are equal to the lengths of the row intervals and the column intervals in the VCSEL array 5.
  • the row interval in the VCSEL array 5, the lens arrays 6 and 46, and the prism members 48a and 48b is referred to as a pitch.
  • Db in FIGS. 4 and 7B and Dc in FIG. 7C indicate the length of the pitch as the vertical interval between the light incident points (spots) 7x on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7.
  • Db or Dc are set equally regardless of their vertical positions. Further, the relationship is Db, Dc ⁇ Da.
  • two collimator lenses 18b adjacent to each other in the vertical direction slightly extend in the radial direction from the corresponding two VCSELs 14 of the VCSEL array 5.
  • the incident light incident in parallel to the central axis is adjusted as the direction after passing so as to approach each other after the emission, and the emitted light Lb (collimated light) having a predetermined inclination angle with respect to the central axis is obtained.
  • the emitted light Lb of the pair of collimator lenses 18b in the vertical direction in the second group 19b overlaps in the vertical direction on the middle section 26b of the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7, and is thus located at a common position in the vertical direction. Incident at the same position.
  • the emitted light La (collimated light) of each collimator lens 18a of the first group 19a is changed to a direction inclined with respect to the optical axis, but a light distribution pattern is formed while maintaining the order in the vertical direction.
  • the light incident surface 7a of the portion 7 the light is incident on different positions in the vertical direction without overlapping in the vertical direction.
  • the pitch of the light incident points 7x in the longitudinal direction of the outgoing light La and Lb on the light incident surface 7a is equal to Db regardless of the upper section 26a, the middle section 26b, and the lower section 26c. That is, in the lens array 6, the shape and orientation of each collimator lens of the first group 19a collimator lens 18a and the second group 19b collimator lens 18b are set so as to be equal to Db.
  • the incident light at each light incident point 7x in the middle section 26b is obtained by overlapping two outgoing lights Lb from the two VCSELs 14 via the pair of collimator lenses 18b.
  • the incident light at each light incident point 7x in the upper section 26a and the lower section 26c is obtained by incidence of one outgoing light La from one VCSEL 14 that passes through only one collimator lens 18a.
  • the pitch of the light incident points 7x on the light incident surface 7a is made equal to Db regardless of the position in the vertical direction. Therefore, the high illuminance portion Mb is generated in the middle section 26b, and the low illuminance portion Ma is generated in the upper section 26a and the lower section 26c.
  • the illuminance of the high illuminance portion Mb is twice the illuminance of the low illuminance portion Ma.
  • FIG. 5 is a schematic view in the illumination unit 2b of the vehicle headlamp 1b.
  • the same structural parts as those of the lighting unit 2a in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and differences from the lighting unit 2a will be described.
  • each light (each light flux) indicated by an arrow in FIG. 5 is schematically shown in the same manner as in FIG. The exact traveling direction will be described with reference to FIGS. 7B and 7C described later.
  • the VCSEL array 5, the lens array 46, the prism member 48, the light distribution pattern forming unit 7, and the projection unit 8 are arranged in the housing 9 of the illumination unit 2b with the central axis aligned. That is, the lens array 6 of the illumination unit 2a is replaced with the lens array 46 and the prism member 48 in the illumination unit 2b.
  • the light emitted from each VCSEL 14 is, in order, the light incident surface 46a and the light emitting surface 46b of the lens array 46, and the light incident surface 47a and the light emitting surface 47b of the prism member 48. And reaches the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7.
  • the lens array 46 and the prism member 48 constitute one image generation unit as a first optical unit and a second optical unit, respectively.
  • FIG. 6 is a front view of the lens array 46 of FIG.
  • the lens array 46 includes a collimator lens 18c.
  • the collimator lens 18c is arranged at the same position as the collimator lenses 18a and 18b of the lens array 6 in FIG. 2B, the adjustment of the direction of the emitted light is different from the adjustment of the direction of the emitted light by the collimator lenses 18a and 18b.
  • the collimator lens 18c emits incident light that is incident from the respective VCSELs 14 of the VCSEL array 5 while spreading slightly in parallel with the central axis, without changing the direction. . Therefore, the light emission direction from the collimator lens 18 c is aligned parallel to the central axis of the lens array 46.
  • FIG. 7A is a front view of the prism member 48
  • FIG. 7B is an optical path diagram when the vehicular headlamp 1b includes the prism member 48a of the first example
  • FIG. 7C is a vehicular headlamp 1b of the second example. It is an optical path figure when providing the prism member 48b.
  • the prism members 48a and 48b are not distinguished, they are collectively referred to as “prism member 48”.
  • the prism member 48 is divided into three sections of an upper section 49a, a middle section 49b, and a lower section 49c in order from the top in the vertical direction.
  • the light exit surface as the front side of the prism member 48 has irregularities, whereas the light incident surface 47a (FIGS. 7B and 7C) as the back side is formed on one plane (on the same plane). ing.
  • Each prism 50a includes an inclined surface 51b inclined to the light emitting surface 47b of the prism member 48a at an angle other than a right angle with respect to the light incident surface 47a, and a light distribution pattern forming unit perpendicular to the light incident surface 47a. 7 and a projecting surface 51c projecting in the direction of 7.
  • the emitted light La is emitted only from the inclined surface 51b.
  • the inclined surface 51b of the prism 50a in the upper section 49a and the inclined surface 51b of the prism 50a in the lower section 49c are opposite to each other in the direction of the vertical inclination with respect to the light incident surface 47a.
  • the inclined surface 51b of each prism 50a is inclined more greatly (at an angle close to a right angle) with respect to the light incident surface 47a as the prism member 48a is arranged on the end side in the vertical direction.
  • Each prism 50b has two inclined surfaces 51f (hereinafter referred to as “two inclined surfaces”) which are inclined to the light emitting surface 47b of the prism member 48a at an angle other than a right angle with respect to the light incident surface 47a. It is referred to as an inclined surface 51f ".
  • the emitted light Lb is emitted from each inclined surface 51f.
  • the inclined surface 51f of the prism 50b is a light incident between the inclined surface 51f located on the upper section 49a side and the inclined surface 51f of the prism 50b located on the lower section 49c side with respect to the longitudinal center of the prism member 48a.
  • the directions of the vertical inclination with respect to the surface 47a are opposite to each other.
  • the inclined surface 51b on the longitudinal end side of the prism member 48a is significantly inclined with respect to the light incident surface 47a than the inclined surface 51b on the center side.
  • the ones arranged on the end side in the vertical direction are greatly inclined with respect to the light incident surface 47a.
  • the row interval of the prism 50a is equal to the row interval of the collimator lens 18c of the lens array 46, and is Da.
  • the vertical dimension of each inclined surface 51b of the pair of inclined surfaces is set equal to Da, and the vertical dimension of each prism 50b is 2 ⁇ Da.
  • one number is assigned to one prism 50a, and one number is assigned to each prism 50b for each inclined surface. Therefore, two numbers are assigned to the prism 50b.
  • the numbers are determined in order from the top in the vertical direction: No. 1, No. 2,... (In the embodiment in which the aforementioned VCSEL 14 is present in 50 rows, the maximum number is 50).
  • Each prism 50a directs collimated light incident in parallel to the central axis from all the collimator lenses 18c having the same row number from the inclined surfaces 51b and 51f toward the upper section 26a or the lower section 26c of the light incident surface 7a.
  • the light is emitted as outgoing light La.
  • the outgoing light La reaches the light incident surface 7a, the emitted light La does not overlap in the vertical direction on the light incident surface 7a, but is arranged at the incident light pitch Db in the vertical direction.
  • Each prism 50b receives collimated light incident in parallel to the central axis from all the collimator lenses 18c having the same row number as each row number of the two inclined surfaces 51f. And it radiate
  • the two outgoing lights Lb emitted from the same prism 50b reach the light incident surface 7a, they overlap in the vertical direction on the light incident surface 7a, and are arranged in the middle section 26b at the incident light pitch Db.
  • the incident light pitch Db on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming portion 7 is such that the outgoing light La, Lb from the prism member 48a is incident on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming portion 7 at the light incident surface 7a. This is the vertical interval between the light incident points 7x to be generated.
  • the prism member 48a has the inclined surfaces 51b, 51b of the prisms 50a, 50b with respect to the light incident surface 47a so that the incident light pitch Db on the light incident surface 7a is equal regardless of the vertical position on the light incident surface 7a.
  • An inclination angle of 51f is set.
  • a high illuminance portion Mb is generated in the middle section 26b, and a low illuminance portion Ma is generated in the upper section 26a and the lower section 26c.
  • the illuminance of the high illuminance portion Mb is twice the illuminance of the low illuminance portion Ma.
  • the prism member 48b in FIG. 7C will be described.
  • the prism member 48b includes a prism 50c formed in the upper section 49a and the lower section 49c, and a prism 50d formed in the middle section 49b.
  • the prism 50 c generates a low illuminance portion Ma on the light incident surface 7 a of the light distribution pattern forming unit 7.
  • the prism 50 d generates a high illuminance portion Mb on the light incident surface 7 a of the light distribution pattern forming unit 7.
  • Each prism 50c includes an inclined surface 51h inclined on the light emitting surface 47b of the prism member 48b at an angle other than a right angle with respect to the light incident surface 47a, and a light distribution pattern forming portion perpendicular to the light incident surface 47a. 7 and a projecting surface 51i projecting in the direction of 7.
  • the emitted light La is emitted only from the inclined surface 51h.
  • the inclined surface 51h of the prism 50c of the upper section 49a and the inclined surface 51h of the prism 50c of the lower section 49c are opposite to each other in the direction of the vertical inclination with respect to the light incident surface 47a.
  • the inclined surface 51h of each prism 50c is greatly inclined with respect to the light incident surface 47a as the prism member 48b is disposed on the longitudinal end side.
  • Each prism 50d has three inclined surfaces 51k (hereinafter referred to as "three inclined surfaces” hereinafter) that are inclined at an angle other than a right angle with respect to the light incident surface 47a on the exit surface side of the prism member 48b. Inclined surface 51k ").
  • the inclined surface 51k of the prism 50d is a light incident between the inclined surface 51k located on the upper section 49a side and the inclined surface 51k of the prism 50d located on the lower section 49c side with respect to the longitudinal center of the prism member 48b.
  • the directions of the vertical inclination with respect to the surface 47a are opposite to each other.
  • the “end-side inclined surface 51k” and the “inner inclined surface 51k” are sequentially arranged from the longitudinal end side to the center side of the prism member 48b. And “the inclined surface 51k on the center side”.
  • the inclination angles with respect to the light incident surface 7a are in the order of "end-side inclined surface 51k", “inner inclined surface 51k”, and "center-side inclined surface 51k” from the largest.
  • the one arranged on the end side in the vertical direction is greatly inclined with respect to the light incident surface 47a. Yes.
  • the row spacing of the prisms 50c is equal to the row spacing of the collimator lenses 18c of the lens array 46, and is Da.
  • the vertical dimension of the pair of inclined surfaces 51k is set equal to Da, and the vertical dimension of each prism 50d is 3 ⁇ Da.
  • One number is assigned to the prism 50c, and one number is assigned to the prism 50d for each set of inclined surfaces 51k. Accordingly, three numbers are assigned to the prism 50d. The numbers are determined in order from the top in the vertical direction: No. 1, No. 2,... (In the embodiment in which the aforementioned VCSEL 14 is present in 50 rows, the maximum number is 50).
  • Each prism 50c emits collimated light incident in parallel to the central axis from all the collimator lenses 18c of the same row number from each inclined surface 51h toward the upper section 26a or the lower section 26c of the light incident surface 7a. It is emitted as the incident light La.
  • the outgoing light La reaches the light incident surface 7a, it does not overlap in the vertical direction (enters at different light incident points 7x), but is arranged at the incident light pitch Dc in the vertical direction.
  • Collimated light that enters parallel to the central axis from all the collimator lenses 18c having the same row number as the row number of each inclined surface 51k is incident on each prism 50d. And it radiate
  • the three outgoing lights Lb emitted from the same prism 50d in the vertical direction overlap in the vertical direction when they reach the light incident surface 7a (enter the common light incident point 7x), and enter the intermediate section 26b at the incident light pitch. Line up at Dc.
  • the incident light pitch Dc on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming portion 7 is such that the outgoing light La, Lb from the prism member 48b is incident on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming portion 7 so that the light incident surface 7a This is the vertical interval between the light incident points 7x to be generated.
  • the prism member 48b has an inclination angle of the inclined surface 51h of each prism 50c with respect to the light incident surface 47a so that the incident light pitch Dc on the light incident surface 7a becomes equal regardless of the vertical position on the light incident surface 7a. And the inclination angle of each inclined surface 51k of each prism 50d is set.
  • a high illuminance portion Mb is generated in the middle section 26b, and a low illuminance portion Ma is generated in the upper section 26a and the lower section 26c.
  • the illuminance of the high illuminance portion Mb is three times the illuminance of the low illuminance portion Ma.
  • a normal lens array 46 composed only of a normal collimator lens 18c that emits light in parallel to the optical axis can be used. Therefore, the cost can be reduced as compared with the illumination unit 2a.
  • the illumination unit 2a of FIG. 1 can be reduced in size by shortening the dimension in the optical axis direction by the amount that the prism member 48 can be omitted.
  • a vehicle headlamp 1 to which ADB is applied will be described as an ADB device 54 with reference to FIGS. 8 to 10B.
  • the vehicle headlamp 1 is a generic name when the vehicle headlamps 1a and 1b are not distinguished.
  • FIG. 8 is a block diagram of the ADB device 54.
  • the ADB device 54 includes a front monitoring camera 55, a light distribution pattern control device 56, and a switch device 57.
  • the light distribution pattern control device 56 and the switch device 57 serve as a light source control unit that controls the luminance of the VCSEL array 5 as a light source.
  • the front monitoring camera 55 may be provided exclusively for the vehicle headlamp 1. Further, when a surrounding monitoring device or a collision prevention device (not shown) is already mounted on a vehicle (for example, the own vehicle 67 in FIG. 9) equipped with the vehicle headlamp 1, its front monitoring camera 55 May be shared. The illustrated embodiment shows when the front monitoring camera 55 is shared.
  • the front monitoring camera 55 generates a captured image in front of the host vehicle 67.
  • the light distribution pattern control device 56 detects whether or not a forward vehicle such as an oncoming vehicle 68 or a preceding vehicle exists ahead of the host vehicle 67 based on the captured image from the forward monitoring camera 55.
  • the position and size (for example, corresponding to the position and size of the oncoming vehicle 68 in FIGS. 10A and 10B) on the captured image are detected for the vehicle ahead.
  • the switch device 57 can switch on and off the VCSEL 14 individually, pairwise, or pairwise by switching on / off a switch provided for each VCSEL 14 of the VCSEL array 5.
  • the VCSEL 14 that emits light passing through 50c can be individually switched on and off.
  • the VCSEL 14 that emits light that passes through the collimator lens 18b and the prism 50b of FIG. 7B can be switched on and off for each pair in the vertical direction.
  • the VCSEL 14 that emits light that passes through the prism 50d of FIG. 7C can be switched on and off for each group in which the three consecutive in the vertical direction are one set.
  • the light distribution pattern control device 56 is based on the high beam (lighting up all the VCSELs 14) of the VCSEL 14 of the vehicle headlamp 1 while the driver of the vehicle in front is exposed to the irradiation light from the vehicle headlamp 1. In order to avoid dazzling, the VCSEL 14 corresponding to the vehicle ahead is turned off and the other VCSELs 14 are turned on.
  • the forward vehicle includes at least an oncoming vehicle 68 (FIG. 9) with respect to the own vehicle 67 (FIG. 9), and appropriately includes a preceding vehicle. This is because the driver of the preceding vehicle may be dazzled by the light of the vehicle headlamp 1a of the own vehicle 67 reflected in the rearview mirror or side mirror.
  • the light distribution pattern control device 56 controls the turning on and off of the VCSEL 14 by turning on and off each switch of the switch device 57.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of an example of using ADB.
  • the own vehicle 67 is equipped with the vehicle headlamp 1 having the ADB function, and travels in the left lane of the road 63 that is separated from the left and right by the center line 64.
  • the oncoming vehicle 68 is traveling toward the own vehicle 67 on a lane opposite to the own vehicle 67.
  • Positions P (t1) and P (t2) indicate the positions of the vehicle 67 at times t1 and t2, respectively.
  • Positions Q (t1) and Q (t2) indicate the positions of the oncoming vehicle 68 at times t1 and t2.
  • Time t2 is a time after time t1.
  • 10A and 10B show illuminance distributions generated on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7 by the vehicle headlamp 1 at times t1 and t2, respectively, under the traveling state of FIG.
  • the illuminance distribution matches the light distribution pattern of the irradiation area generated by the vehicle 67 by the vehicle headlamp 1.
  • a captured image of the oncoming vehicle 68 is illustrated in the mask area C together with the mask area (non-irradiation area) C. This is shown for convenience in order to make it easy to understand the relationship between the corresponding position and size of the captured image of the oncoming vehicle 68 on the light incident surface 7a at the times t1 and t2, and the position and size of the mask area C. In fact, the captured image of the oncoming vehicle 68 does not appear on the light incident surface 7a.
  • the captured image of the oncoming vehicle 68 illustrated in FIGS. 10A and 10B is referred to as a “virtual image” of the oncoming vehicle 68.
  • the light distribution pattern control device 56 generates the mask area C so as to be a rectangle circumscribing the virtual image.
  • the relative distance between the own vehicle 67 and the oncoming vehicle 68 on the road 63 decreases as time advances from time t1 to time t2. Therefore, the size of the oncoming vehicle 68 on the light incident surface 7a is larger at the time t2 than the time t1, and the position is more to the right than the time t1 at the time t2.
  • the collimator lens 18b of the lens array 6 or the prisms 50b and 50d of the prism members 48a and 48b a plurality of laser beams are overlapped in the longitudinal middle section 26b of the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7. . Therefore, in the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7, the upper section 26a and the lower section 26c become the low illuminance portion Ma, and the middle section 26b becomes the high illuminance portion Mb.
  • the mask area C is generated as a circumscribed rectangle including the corresponding portion of the oncoming vehicle 68 inside on the light incident surface 7a.
  • the VCSEL 14 whose outgoing light is directed to the mask area C is turned off by the light distribution pattern control device 56 and is turned off.
  • the illuminance 0 in the mask area C, and the irradiation of the oncoming vehicle 68 by the vehicle headlamp 1a is stopped.
  • the position, size, and number of mask regions C on the light incident surface 7a dynamically change according to the position, size, and number of vehicles ahead.
  • FIG. 11 is a schematic diagram in the illumination unit 2c of the vehicle headlamp 1c.
  • the vehicle headlamp 1c is equipped with a lens array 6u instead of the lens array 6 of the vehicle headlamp 1a (FIG. 1).
  • Predetermined plural (two in FIG. 11) emitted light from the light exit surface 6b of the lens array 6u is incident on a common light incident point 7x (FIG. 12) on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7. .
  • a plurality of outgoing lights from the lens array 6u are incident on a common light incident point 7x of the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7, so that the illuminance at the light incident point 7x is from the light outgoing surface 6b of the lens array 6u. Becomes higher (becomes brighter) than when the single outgoing light is incident on the light incident point 7x.
  • FIG. 12 is a diagram showing a distribution of light incident points 7x on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7 in the vehicle headlamp 1c.
  • the light distribution pattern forming unit 7 may be the phosphor plate of FIGS. 3A to 3C, but here is a plate-like light-transmitting light scattering unit.
  • the number of light incident points 7x shown in FIG. 12 is significantly smaller than the number of actual products for simplification of illustration.
  • the light incident points 7x are distributed at an equal density on the light incident surface 7a.
  • the dimension Da in the X-axis direction of the light incident point 7x is larger than the dimension Db in the Y-axis direction (dimension Da> dimension Db).
  • the light incident surface 7 a is divided into a plurality of sections 74.
  • Each section 74 includes a unique light incident point 7x inside it.
  • Each light incident point 7 x is located at the center of each section 74.
  • the light incident surface 7 a is a set of a plurality of sections 74, and an arbitrary position of the light incident surface 7 a is included in any section 74.
  • the size of the section 74 is such that the illuminance of the section 74 is not affected by the illuminance of the light incident point 7 x existing in the section 74 adjacent to the section 74, and the light incident point 7 x existing only inside the section 74
  • the dimension is set such that the predetermined illuminance level changes in accordance with the change in illuminance.
  • FIG. 13 shows an arrangement state of the VCSELs 14 on the light emitting surface 5b of the VCSEL array 5.
  • each circle in FIG. 13 indicates the light emission point of each VCSEL 14 and does not indicate the actual shape of the VCSEL 14.
  • the VCSELs 14 are arranged at equal intervals of the dimension Dc vertically and horizontally on the light emitting surface 5b.
  • Predetermined plural (four in the illustrated example) VCSELs 14 constitute one group 154.
  • the group 154 and the light incident point 7x in FIG. 12 are associated with 1: 1. That is, the VCSELs 14 belonging to the same group 154 are changed in direction when passing through the corresponding collimator lens 163 of the lens array 6u after emitting light parallel to the Z-axis, and the common light distribution pattern forming unit 7 It reaches the light incident point 7x.
  • FIG. 14 shows the arrangement of the collimator lenses 163 on the light exit surface 6b of the lens array 6u.
  • each circle in FIG. 14 indicates the center of each collimator lens 163 and is different from the actual shape of the collimator lens 163.
  • Each collimator lens 163 is associated 1: 1 with each VCSEL 14 of the VCSEL array 5. The light from the corresponding VCSEL 14 of the VCSEL array 5 enters each collimator lens 163.
  • the collimator lens 163 also constitutes a group 164 according to the group 154 of the VCSEL 14 of the VCSEL array 5.
  • the group 164 and the light incident point 7x in FIG. 12 are associated with 1: 1.
  • the emitted light from each VCSEL 14 belonging to the same group 164 is changed in direction when passing through the lens array 6 u and reaches a common light incident point 7 x of the light distribution pattern forming unit 7.
  • FIG. 15A is a schematic diagram of the illumination unit 2d of the vehicle headlamp 1d according to the fourth embodiment
  • FIG. 15B is a diagram showing a group configuration of the VCSELs 14 in the VCSEL array 5.
  • the same elements as those in the lighting unit 2a of FIG. 1 are designated by the same reference numerals as those used for the lighting unit 2a.
  • a lens array 6v is provided instead of the lens array 6u of the illumination unit 2c (FIG. 11). A part of the light from the VCSEL array 5 is not subjected to optical processing in which a plurality of lights are superimposed on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7 in the lens array 6v.
  • the light emission surface 5b of the VCSEL array 5 is divided into a region 156a at both ends (only one end is shown in FIG. 15B) and a region 156b at the center in the Y-axis direction.
  • the VCSELs 14 in the region 156a do not form the group 154, and only the VCSELs 14 in the region 156b form pairs with the VCSELs 14 adjacent to each other in the Y-axis direction to form the group 154. That is, in the vehicle headlamp 1c (FIG. 11), four VCSELs 14 constitute one group 154 for all the VCSELs 14, whereas in the vehicle headlamp 1d, the VCSELs 14 existing in the region 156b. Only, two VCSELs 14 constitute one group 154.
  • the VCSEL 14 of the VCSEL array 5 constitutes the group 154 is not related to the structure of the VCSEL array 5 itself.
  • the light source control unit 131 (FIG. 16) controls the turning on and off of the VCSEL 14 of the VCSEL array 5 or 5b, it is merely changed whether to control as the group 154 or not.
  • each collimator lens 163a has one incident light corresponding to one incident light point. The light exits from the light incident surface 62 so as to enter 7x. Further, regarding the incident light from the VCSEL 14 in the region 156b to the light incident surface 6a, each collimator lens 163b emits from the light incident surface 62 so that two incident lights are incident on one corresponding light incident point 7x. To do.
  • FIG. 16 is a block diagram of the control device 135 of the vehicle headlamp 1c.
  • the control device 135 includes a light source control unit 131 and a switch unit 132, and controls the VCSEL array 5 based on data from the vehicle control unit 130.
  • the vehicle control unit 130 is mounted on a vehicle on which the vehicle headlamp 1c is mounted, collects information from various sensors mounted on the vehicle, and controls the entire vehicle (eg, travel control, Engine control, route guidance, and air conditioning control).
  • the light source control unit 131 acquires desired data from the vehicle control unit 130 and controls the switch unit 132.
  • the switch unit 132 can individually turn on and off the energization of the VCSELs 14 of the VCSEL array 5 to individually turn on and off the VCSELs 14.
  • the light source control unit 131 controls the number of lighting of the VCSELs 14 of each group 154 via the switch unit 132 based on the data of the vehicle control unit 130. Thereby, the illuminance distribution on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7 is changed, and the light in the irradiation region in front of the vehicle irradiated with the irradiation light as the emitted light from the light emitting surface 8b of the projection unit 8 is changed.
  • the light distribution pattern changes.
  • the light source control unit 131 can detect the turning direction of the vehicle from the vehicle control unit 130 based on information on the steering angle of the steering wheel of the vehicle on which the vehicle headlamp 1c is mounted. Information on the steering angle of the steering wheel is used for AFS.
  • the light source control unit 131 also has a relative direction, a relative distance, and a dimension (for example, an image) of the target with respect to the vehicle when a person, a counter vehicle, and a vehicle traveling in the same direction (hereinafter referred to as “target”) are present in front of the vehicle.
  • the vehicle control unit 130 can extract target information from, for example, a captured image of a camera that captures the front of the vehicle.
  • the light source control unit 131 calculates which section 74 the target occupies in the light incident surface 7a based on the target information.
  • FIG. 17 is a tripartite view of the number N of the VCSELs 14 in each group 154 in the VCSEL array 5, the illuminance U of the light incident point 7 x of the light distribution pattern forming unit 7, and the illuminance stage W of the section 74 of the light distribution pattern forming unit 7. It is explanatory drawing about the relationship.
  • FIG. 17 shows the relationship such as the number of lighting N for the vehicle headlamp 1c shown in FIG.
  • the vertical and horizontal (Y-axis direction and X-axis direction) 2 ⁇ 2 VCSELs 14 form one group 154.
  • the white circle means that the VCSEL 14 is turned on, and the black circle means that the VCSEL 14 is turned off.
  • illuminance U In the lighting number N, illuminance U, and illuminance stage W, it means that the same numerical values correspond to each other.
  • the illuminance U and the illuminance stage W mean the brighter illuminance and the brighter illuminance stage W as the numerical value is larger.
  • FIG. 18A shows an illuminance distribution pattern when the vehicle travels straight on the light incident surface 7 a of the light distribution pattern forming unit 7 controlled by the control device 135.
  • FIG. 18B shows an illuminance distribution pattern when the vehicle turns left on the light incident surface 7 a of the light distribution pattern forming unit 7 controlled by the control device 135.
  • FIG. 18C shows an illuminance distribution pattern when the vehicle turns right on the light incident surface 7 a of the light distribution pattern forming unit 7 controlled by the control device 135.
  • A4 to A0 indicate areas where a plurality of sections 74 of W4 to W0 are connected.
  • W4 is an illuminance stage W at which the brightness is maximum on the light incident surface 7a.
  • W0 is an illuminance stage W at which the brightness is minimum on the light incident surface 7a.
  • the light source control unit 131 When the vehicle is traveling straight ahead, the light source control unit 131 has a maximum brightness area A4 in the center on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7, as shown in FIG. 18A.
  • the number N of lighting of the VCSELs 14 in each group 154 of the VCSEL array 5 is controlled so that the darker areas A3 and A2 occupy the periphery.
  • the light source control unit 131 When the vehicle turns left, as shown in FIG. 18B, the light source control unit 131 has the center of the region A4 having the maximum brightness on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7 from the center of the light incident surface 7a.
  • the number N of lighted VCSELs 14 in each group 154 of the VCSEL array 5 is controlled so as to move to the left.
  • the light source control unit 131 also includes a group A 154 of the VCSEL array 5 so that the area A3 and the area A2 surrounding the area A4 having the maximum brightness move to the left as the area A4 moves to the left.
  • the number N of lighting of the VCSEL 14 is controlled. Note that the amount of movement to the left of the center of the region A4 is proportional to the steering angle of the steer wheel to the left.
  • the light source control unit 131 When the vehicle turns right, as shown in FIG. 18C, the light source control unit 131 has the center of the region A4 having the maximum brightness on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7 as the center of the light incident surface 7a.
  • the number N of lighted VCSELs 14 in each group 154 of the VCSEL array 5 is controlled so as to move from right to left.
  • the light source control unit 131 also includes a group 154 of the VCSEL array 5 so that the area A3 and the area A2 surrounding the area A4 having the maximum brightness move to the right as the area A4 moves to the right.
  • the number N of lighting of the VCSEL 14 is controlled. Note that the amount of movement to the right of the center of the region A4 is proportional to the steering angle of the steer wheel to the right.
  • FIG. 19 shows an illuminance distribution pattern on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7 based on ADB.
  • FIG. 19A shows an illuminance distribution pattern when the oncoming vehicle 186 exists far away
  • FIG. 19B shows an illuminance distribution pattern when the oncoming vehicle 186 approaches.
  • the vehicle itself on which the vehicle headlamp 1c is mounted travels straight in the left lane as in the case of FIG. 18A.
  • the light source control unit 131 calculates which section 74 of the light incident surface 7a corresponds to the oncoming vehicle 186 as a target of the ADB based on the obtained data from the vehicle control unit 130. And about the division 74 corresponding to the oncoming vehicle 186, all the VCSELs 14 of the group 154 corresponding to the light incident point 7x of the division 74 are extinguished so that the illuminance stage W becomes zero. Thereby, the driver of the oncoming vehicle 186 is irradiated with the irradiation light from the vehicle of the vehicle headlamp 1c and is prevented from being dazzled.
  • FIG. 20 is a schematic diagram in the illumination unit 2e of the vehicle headlamp 1e.
  • the lens array 6u of the illumination unit 2c (FIG. 11) is replaced with the lens array 6w and the lens array 200 in the illumination unit 2e.
  • the lens array 6w corresponds to a first optical device
  • the lens array 200 corresponds to a second optical device.
  • the lens array 6w has the light incident surface 6a and the light emitting surface 6b facing the light emitting surface 5b of the VCSEL array 5 and the light incident surface 200a of the lens array 200, respectively.
  • the lens array 6w has the collimator lens 197 in the same arrangement state (FIG. 14) as the collimator lens 163 on the light exit surface 6b of the lens array 6u.
  • the VCSEL 14 of the VCSEL array 5 and the collimator lenses 197 of the lens array 6w correspond to 1: 1, and the total number of VCSELs 14 of the VCSEL array 5 is equal to the total number of collimator lenses 197 of the lens array 6w.
  • each VCSEL 14 of the VCSEL array 5 gradually expands in the direction perpendicular to the traveling direction (Z-axis direction) (X-axis and Y-axis directions) as it travels, and the corresponding collimator of the lens array 6w.
  • the light enters the lens 197.
  • Each collimator lens 197 emits incident light from the VCSEL 14 from the light exit surface 6b as collimated light aligned in a direction parallel to the central axis of the lens array 6w.
  • the lens array 200 has collimator lenses 203 with one assignment for each group with respect to the incident light from the lens array 6w. As described in FIG. 13, when four VCSELs 14 form one group 154, one collimator lens 203 exists for four incident lights from the lens array 6w.
  • the diameter of the collimator lens 203 is twice the diameter of the collimator lens 197. In this case, the total number of collimator lenses 197 in the lens array 6w and the total number of collimator lenses 203 in the lens array 200 are in a ratio of 4: 1.
  • Each light incident point 7 x of the light distribution pattern forming unit 7 is located on the optical axis of each collimator lens 203. In this way, each collimator lens 203 emits four incident light incident thereon from the light exit surface 200b so as to enter one light incident point 7x directly opposite.
  • the advantage of the vehicle headlamp 1e is that the lens arrays 6w and 200 are lens arrays in which the directions of the collimator lenses 197 and 203 are aligned in parallel to the central axis of the lens arrays 6w and 200, that is, the structure is simple. A simple lens array can be used.
  • the lens array 6w as the first optical unit emits collimated light from each collimator lens 197 in parallel to the central axis of the lens array 6w. It can be replaced with a prism device.
  • FIG. 21 is a structural diagram of a prism device 210 that replaces the lens array 200 of FIG.
  • FIG. 21 is a view of the prism device 210 as viewed from the light incident surface 210a side.
  • the light incident surface 210a faces the light emitting surface 6b of the lens array 6w in the direction of the central axis (Z axis in FIG. 20), and the light emitting surface (not shown) is a light distribution pattern forming unit. 7 is opposed to the light incident surface 7a.
  • prisms 215 are arranged at equal pitches in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the prism 215 has a shape based on a regular quadrangular pyramid, and the apex 216 faces the lens array 6w side.
  • each corner of the square bottom is cut off by a cut line 217.
  • the adjacent prisms 215 in the X-axis and Y-axis directions share the cut line 217.
  • each collimator lens 197 on the light exit surface 6b of the lens array 6w facing the light incident points 222 in the Z-axis direction is incident on the light incident points 222 on the four side surfaces 118 of the prism 215. .
  • the light incident on each light incident point 222 of the prism 215 is transmitted from the light exit surface (not shown) of the prism device 210 to one of the light entrance surfaces 7a of the light distribution pattern forming unit 7 facing the light exit surface. It enters one light incident point 7x (FIG. 20).
  • the lens is defined as an optical element in which at least one of the light incident surface and the light output surface is formed as a curved surface
  • the prism is defined as an optical element in which both the light incident surface and the light output surface are formed as a flat surface. To do.
  • the prism device does not need to convert non-collimated light into collimated light, so that the cost of the second optical device can be reduced.
  • the VCSELs 14 are formed with the same diameter and the same shape, but the surface emitting laser of the monolithic array of the present invention does not necessarily have the same diameter and the same shape.
  • the light distribution pattern forming unit 7 has a flat plate shape, but the light distribution pattern forming unit of the present invention may have a block shape.
  • the high illuminance portion Mb of the light distribution pattern forming unit 7 has the same width in the vertical direction on the light incident surface 7a regardless of the position in the horizontal direction (lateral direction).
  • the vertical width may be varied depending on the position or range in the left-right direction.
  • the VCSEL array 5 is used to generate three illuminance portions from the top in the vertical direction on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming portion 7: a low illuminance portion Ma, a high illuminance portion Mb, and a low illuminance portion Ma. 10, 30, and 10 are assigned in order from the top in the vertical direction.
  • the vertical dimension ratio of each illuminance portion generated on the image forming surface of the light distribution pattern forming portion is adjusted by adjusting the number of surface emitting lasers of the monolithic array light source assigned to each illuminance portion, Various settings can be made.
  • each VCSEL 14 is continuously turned on or continuously turned off.
  • Db in FIGS. 4 and 7B and Dc in FIG. 7C have been described as simply Db and Dc ⁇ Da. Supplementing the relationship between Db and Dc, it is also possible to set Db ⁇ Dc without being limited to Db ⁇ Dc.
  • a light-transmitting light scattering portion or a phosphor plate (wavelength conversion portion) is used as the light distribution pattern forming portion 7.
  • the phosphor plate serving as the wavelength conversion unit includes phosphor particles therein and performs wavelength conversion of the passing light. For example, when the emission color of the surface emitting laser is blue, a part of the light is converted into yellow light by passing the blue light from the light incident surface side to the light emitting surface side of the phosphor plate. The emitted light from the phosphor plate becomes white as a mixed color.
  • the surface emitting laser may include a plurality of types of surface emitting lasers according to the color of the emitted light.
  • a plurality of groups are configured so that each group has a plurality of surface emitting lasers in at least a part of the arrangement of the surface emitting lasers, but a plurality of colors of the surface emitting lasers constituting each group are provided. It can also be a seed.
  • each group of surface emitting lasers is arranged to include one type of surface emitting laser. Thereby, the change color in each light incident point of the light-incidence surface of a light distribution pattern formation part can be made equal.
  • the predetermined number as the number of illuminance stages W of the section 74 is five. If the number of VCSELs 14 constituting the group 154 is appropriately changed to other than 4, the predetermined number as the stage number of the illuminance stage W of the section 74 can be changed to 3 or 5 or more.
  • the reason why 2 is excluded from the predetermined number is that the group 154 must be composed of at least two VCSELs 14. That is, as a result, the number of illuminance steps W is 3 or more.
  • the light source control unit 131 has the brightest illuminance stage on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7 according to the turning direction of the vehicle on which the vehicle headlamp 1c is mounted. It has been explained that the section is moved to the left or right with respect to the center of the light incident surface 7a.
  • the brightest illuminance level section on the light incident surface 7a of the light distribution pattern forming unit 7 is not only left or right with respect to the center of the light incident surface 7a, but also in arbitrary directions up and down and obliquely Can be moved to.
  • the target can include a person in front of the vehicle other than the oncoming vehicle 186 and a preceding vehicle.
  • 1a to 1e vehicle headlamp, 5 ... VCSEL array (monolithic array light source), 6, 6u, 6v, 6w, 46 ... lens array (image generating unit), 6a, 8a, 46a ..Light incident surface, 5b, 6b, 7b. 8b, 46b ... light emitting surface, 7 ... light distribution pattern forming portion, 7a ... incident surface (image forming surface), 8 ... projecting portion, 14 ... VICSEL (surface emitting laser), 18a, 18b, 18c ... collimator lens, 19a ... first group, 19b ... second group, 48 ... prism member, 56 ... light distribution pattern control device (light source control unit), 57 ... Switch device (light source controller), 68 ... Oncoming vehicle (front vehicle).
  • VCSEL array monolithic array light source
  • 6u, 6v, 6w 46 ... lens array
  • image generating unit image generating unit
  • 6a, 8a, 46a ..Light incident surface 5b, 6

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Abstract

面発光レーザのモノリシックアレイ光源を使用して、明確な配光パターンを生成することができる車両用前照灯を提供する。車両用前照灯(1a)は、VCSELアレイ(5)と、照度分布としての配光パターンの像が出射側に生成されるように、VCSELアレイ(5)からの入射光をコリメート光にして出射するレンズアレイ(6)を含む像生成部と、像生成部からの入射光により像が形成される像形成面を有する配光パターン形成部(7)と、配光パターン形成部からの入射光を車両の前方の照射領域に出射する投影部(8)とを備える。

Description

車両用前照灯
 本発明は、複数の面発光レーザ(VCSEL(垂直共振器面発光レーザ):Vertical Cavity Surface Emitting LASER)が配列されたモノリシックアレイ光源を用いる車両用前照灯に関する。
 複数の面発光レーザが配列されたモノリシックアレイ光源を用いる車両用前照灯が知られている(例:特許文献1)。
 特許文献1の車両用灯具によれば、マスクがモノリシックアレイ光源に重ねられるとともに、該マスクは、モノリシックアレイ光源の各面発光レーザの位置に、蛍光体入りの開口部を備えている。モノリシックアレイ光源の各面発光レーザのレーザ光は、マスクの開口部に入射し、一部の光が開口部内の蛍光体により波長を変換されてから、開口部より出射する。
 特許文献1の車両用灯具では、さらに、該開口部は、径が出射側に向かって増大している。これにより、面発光レーザのレーザ光は、径方向に広がって、開口部から出射するので、モノリシックアレイ光源の面発光レーザ間の離隔部に起因する暗部が解消される。
 特許文献2は、バルブ型光源(ランプ)を用いる車両用前照灯の配光制御装置を開示する。該配光制御装置は、カメラの撮像画像から対向車や先行車の存在及び位置を検知し、車両用前照灯をハイビームに維持しつつ、対向車等の前方車両を照射しないように、アクチュエータによりバルブ型光源の向きを車幅方向に変更する。
 特許文献3-6は、一部又は全部の光源をレーザやLED(Light Emitting Diode)等の半導体発光素子にして、AFS(Adaptive Front-lighting System)及びADB(Adaptive Driving Beam)を行う車両用前照灯を開示する。それらの車両用前照灯では、照射領域の範囲を変更したり、照射領域内の所定領域部分の照度を変更する時に、光源を収容するハウジングの向きがアクチュエータにより上下左右に動かされる。
特許文献1:特開2008-10228号公報
特許文献2:特開平7-108873号公報
特許文献3:特開2012-162121号公報
特許文献4:特開2013-73692号公報
特許文献5:特開2016-149273号公報
特許文献6:特開2016-215788号公報
 レーザ光の性質に、光が発散しないことがある。車両用前照灯の配光パターンを制御する場合、面発光レーザのレーザ光のこの性質は高い利用価値がある。一方、蛍光体は、光を発散する性質がある。
 特許文献1の車両用前照灯では、面発光レーザから出射した直後の光が蛍光体により波長変換されてから、出射する。すなわち、出射光が発散するため、照射部分と非照射部分との境がぼやけ、明確な配光パターンを生成することが難しくなる。また、特許文献1の車両用前照灯では、マスクの開口部は、出射側に向かって径を増大させているが、開口部の周壁に当たって反射した光は、開口部の中心を進む光の進行方向とは全く異なる方向に出射することになる。このことは、開口部からの出射光の発散性が増大することを意味し、明確な配光パターンを生成することを一層阻害する。
 特許文献1の車両用前照灯は、VCSELを使用するものの、照射領域の各照射点は、対応する1つのVCSELからの光のみで照射される。したがって、照射領域の最も明るい照度は、1つのVCSELの出射光による照度で規定され、増大することができない。
 特許文献2は、車両用前照灯の配光制御装置については開示するものの、モノリシックアレイ光源の出射光の発散抑制とは無関係である。
 特許文献3-5の車両用前照灯は、照射領域の範囲又は照射領域内の特定の領域部分の照度を変更するために、光源を収容するハウジングの向きをアクチュエータにより変更する方式である。すなわち、照射領域を全体的に移動させるもので、照射領域自体の配光パターンを変更するものではない。
 本発明の目的は、面発光レーザのモノリシックアレイ光源を使用して、明確な配光パターンを生成することができる車両用前照灯を提供することである。
 本発明の車両用前照灯は、
 複数の面発光レーザが配列されたモノリシックアレイ光源と、
 前記モノリシックアレイ光源の各面発光レーザからの入射光をコリメート光にして出射する複数のコリメータレンズが配列されたレンズアレイを含み、照度分布としての配光パターンの像が出射側に生成されるように、前記モノリシックアレイ光源の各面発光レーザからの入射光を、通過後の向きを調整して出射する像生成部と、
 前記像生成部からの入射光により前記配光パターンの像が形成される像形成面を有し、前記像生成部からの入射光を、前記像形成面を経て出射する配光パターン形成部と、
 前記配光パターン形成部からの入射光を車両の前方の照射領域に出射する投影部と、
 前記モノリシックアレイ光源の輝度を制御する光源制御部とを備えることを特徴とする。
 本発明によれば、面発光レーザのモノリシックアレイ光源と像生成部のレンズアレイのレンズアレイとの組み合わせにより、配光パターン形成部の像形成面の像が明確化される。これにより、面発光レーザのモノリシックアレイ光源を使用して、明確な配光パターンを生成することができる。
 本発明において、好ましくは、
 前記レンズアレイは、
 前記モノリシックアレイ光源の複数の面発光レーザからの入射光の光入射点が前記配光パターン形成部の前記像形成面で重ならないように入射光の向きを変更して出射する第1群のコリメータレンズと、
 前記モノリシックアレイ光源の複数の面発光レーザからの入射光の前記光入射点が前記配光パターン形成部の前記像形成面において重なるように入射光の向きを変更して出射する第2群のコリメータレンズとを含む。
 この構成によれば、配光パターン形成部の像形成面において、モノリシックアレイ光源の複数の面発光レーザのレーザ光の光入射点を重ならせないか、重ならせるかにより、高照度と低照度との領域を含む配光パターンを円滑に形成することができる。
 本発明において、好ましくは、
 前記像生成部は、照度分布としての配光パターンの像が出射側に生成されるように、前記レンズアレイの各コリメータレンズからの入射光を、通過後の向きを調整して出射するプリズム部材を含む。
 この構成によれば、モノリシックアレイ光源の面発光レーザのレーザ光は、レンズアレイのコリメータレンズを通過後、プリズム部材を通過し、プリズム部材により光の向きを調整される。こうして、像形成面には明確な配光パターンが形成されるとともに、所望の配光パターンを円滑に生成することができる。
 本発明において、好ましくは、
 前記プリズム部材は、
 前記レンズアレイの複数のコリメータレンズからの入射光の光入射点が前記配光パターン形成部の前記像形成面で重ならないように入射光の向きを変更して出射する第1群のプリズムと、
 前記レンズアレイの複数のコリメータレンズからの入射光の光入射点が前記配光パターン形成部の前記像形成面において重なるように入射光の向きを変更して出射する第2群のプリズムとを含む。
 この構成によれば、配光パターン形成部の像形成面において、モノリシックアレイ光源の複数の面発光レーザからの入射光の光入射点を重ならせないか、重ならせるかを、プリズム部材にを用いて円滑に実現することができる。
 本発明において、好ましくは、
 前記光源制御部は、
 前記モノリシックアレイ光源の複数の面発光レーザの点灯及び消灯を個々に、対ごとに、又は組ごとに切り替えるスイッチ装置と、
 前記車両用前照灯の照射領域に車両の存在を検出したときは、該車両に向かう出射光を生成する面発光レーザが消灯するように、前記スイッチ装置を制御する配光パターン制御装置とを含む。
 この構成によれば、モノリシックアレイ光源の複数の面発光レーザの点灯及び消灯を個々に、対ごとに、又は組ごとに切り替えて、前方車両の位置に応じた所望の配光パターンを生成することができる。
 本発明において、好ましくは、
 前記レンズアレイの少なくとも一部の複数のコリメータレンズは、前記モノリシックアレイ光源の前記複数の面発光レーザからの複数の入射光を前記配光パターン形成部の前記像形成面における共通の光入射点に向けて出射する。
 この構成によれば、レンズアレイのコリメータレンズを用いて、配光パターン形成部の像形成面に他の光入射点より高照度の光入射点を生成することができる。
 本発明において、好ましくは、
 前記モノリシックアレイ光源は、前記面発光レーザの配列の少なくとも一部において、各群が複数の面発光レーザを有するように、複数の群が設定され、
 前記配光パターン形成部は、複数の光入射点が等密度で分布して、各光入射点への入射光による照度の分布として配光パターンが生成される光入射面と、該光入射面を通過して来た光を出射する光出射面とを有し、
 前記像生成部は、前記モノリシックアレイ光源において同一の群に属する面発光レーザの出射光が、前記配光パターン形成部の前記光入射面の対応する共通の光入射点に入射するように、各出射光の向きを変更する。
 この構成によれば、モノリシックアレイ光源において同一の群に属する面発光レーザの出射光が、配光パターン形成部の光入射面の共通の光入射点に入射するようにした群分けにより、配光パターン形成部の像形成面における高照度の光入射点の生成を円滑化することができる。
 本発明において、好ましくは、
 前記レンズアレイのコリメータレンズと前記モノリシックアレイ光源の前記面発光レーザとは、1:1に対応付けられ、
 各コリメータレンズは、各面発光レーザからの入射光を前記配光パターン形成部の対応の前記光入射点へ向ける。
 この構成によれば、モノリシックアレイ光源の各面発光レーザに1:1に対応するコリメータレンズにより、各モノリシックアレイ光源の同一の群に属する複数の面発光レーザの出射光を、配光パターン形成部の光入射面の対応する光入射点に円滑に入射させることができる。
 本発明において、好ましくは、
 前記像生成部は、前記レンズアレイとしての第1光学部と、前記第1光学部とは別の第2光学部とを有し、
 前記第1光学部では、前記コリメータレンズは、前記モノリシックアレイ光源の前記面発光レーザと1:1に対応付けられて、各面発光レーザからの入射光を、同一の向きに揃えたコリメート光として出射し、
 前記第2光学部では、前記第1光学部の各コリメータレンズからの入射光を前記配光パターン形成部の対応の前記光入射点へ向ける。
 この構成によれば、モノリシックアレイ光源の各面発光レーザの出射光は、第1光学部の各コリメータレンズにより同一の向きのコリメート光にされてから、第2光学部を経て配光パターン形成部の対応の光入射点に入射する。この結果、第2光学部から配光パターン形成部の光入射面の対応の光入射点に向かう光は、広がりを抑制された均質な光となるので、配光パターン形成部の光入射面において良好な照度分布を生成することができる。
 本発明において、好ましくは、
 前記光源制御部は、前記モノリシックアレイ光源の各群の面発光レーザの点灯数を制御することにより前記光入射面の照度分布を制御する。
 この構成によれば、光源制御部によるモノリシックアレイ光源の各群の面発光レーザの点灯数の制御により、配光パターン形成部の光入射面の各光入射点の照度を円滑に制御することができる。
 本発明において、好ましくは、
 前記配光パターン形成部の前記光入射面は、各区画が唯一の光入射点を内側に含む複数の区画に区画され、
 前記光源制御部は、前記配光パターン形成部の区画の照度段階を、該区画に対応する前記モノリシックアレイ光源の群の面発光レーザの点灯数を変更することにより、制御する。
 この構成によれば、配光パターン形成部の光入射面は、各区画が1つの光入射点を内側に含む複数の区画に区画される。そして、配光パターン生成部の各区画の照度段階が、該区画に対応するモノリシックアレイ光源の群の面発光レーザの点灯数を変更することにより制御される。こうして、配光パターン形成部の光入射面を区画ごとの照度段階で制御することにより、的確な配光パターンとしての的確な照度段階の分布パターンを配光パターン形成部の光入射面に生成することができる。
 本発明において、好ましくは、
 前記光源制御部は、前記配光パターン形成部の前記光入射面における最も明るい照度段階の複数の区画を含む領域が前記光入射面の中心に対して任意の方向に移動するように、前記モノリシックアレイ光源の各群ごとの面発光レーザの点灯数を制御する。
 この構成によれば、配光パターン形成部の光入射面における最も明るい照度段階の複数の区画を含む領域を光入射面の中心に対して任意の方向に移動させて、照射領域内の最も明るい領域を円滑に変更することができる。
 本発明において、好ましくは、
 前記光源制御部は、前記配光パターン形成部の前記光入射面において中央部を占める複数の区画の照度段階が周辺部を占める複数の区画の照度段階より明るい照度段階となるように、前記モノリシックアレイ光源の各群ごとの面発光レーザの点灯数を制御する。
 この構成によれば、照射領域の中央部を明るく照らすことができる。
 本発明において、好ましくは、
 前記区画の照度段階には、該区画に含まれる光入射点の照度が0になる照度段階が含まれる。
 この構成によれば、区画の照度段階を0に制御することにより、照射領域の内側に、光を照射されない部分を円滑に生成することができる。
 本発明において、好ましくは、前記配光パターン形成部は、透光性の光散乱部である。
 この構成によれば、透光性の光散乱部に配光パターンの基になる照度分布を適切に生成することができる。
 本発明において、好ましくは、前記配光パターン形成部は、蛍光体により通過光の波長変換を行う波長変換部である。
 この構成によれば、波長変換部に配光パターンの基になる照度分布を適切に生成することができる。
第1実施形態の車両用前照灯の照明ユニット内の模式図。 図1のVCSELアレイの正面図。 図1のレンズアレイの正面図。 図1の配光パターン形成部の背面図。 図1の配光パターン形成部7を縦方向に沿って切ったときの断面図。 図1の配光パターン形成部の正面図。 図1のVCSELアレイ-蛍光体プレート間の光路を示す図。 第2実施形態の車両用前照灯の照明ユニット内の模式図。 図5のレンズアレイの正面図。 図5のプリズム部材の正面図。 車両用前照灯が第1例のプリズム部材を備えるときの光路図。 車両用前照灯が第2例のプリズム部材を備えるときの光路図。 ADB装置のブロック図。 ADBの使用例の説明図。 図9の走行状況下で車両用前照灯が配光パターン形成部の光入射面に生成される照度分布を示している図。 図10Aとは異なる時刻において図9の走行状況下で車両用前照灯が配光パターン形成部の光入射面に生成される照度分布を示している図。 第3実施形態の車両用前照灯の照明ユニット内の模式図。 図11の配光パターン形成部の光入射面における光入射点の分布を示す図。 図11のモノリシックアレイ光源の光出射面におけるVCSELの配列状態を示す図。 図11のレンズアレイの光出射面におけるコリメータレンズの配列状態を示す図。 第4実施形態の車両用前照灯の照明ユニット内の模式図。 図15Aのモノリシックアレイ光源におけるVCSELの群構成を示す図。 図15Aの車両用前照灯の制御部のブロック図。 モノリシックアレイ光源における群ごとのVCSELの点灯数、配光パターン形成部の光入射点の照度及び配光パターン形成部の区画の照度段階の間の関係についての説明図1。 車両の直進走行時の照度分布パターンを示す図。 左旋回時の照度分布パターン図。 右旋回時の照度分布パターン図。 対向車が遠方に存在するときの照度分布パターン図。 対向車が接近したときの照度分布パターン図。 第5実施形態の車両用前照灯の照明ユニット内の模式図。 図20のレンズアレイに置き換えるプリズム装置の構造図。
 (第1実施形態)
 図1は車両用前照灯1aの照明ユニット2aの模式図である。車両用前照灯1aは、照明ユニット2aと、光源制御部(例:図8の配光パターン制御装置56及びスイッチ装置57)とを備える。照明ユニット2aは、ハウジング9内においてVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)アレイ5、レンズアレイ6、配光パターン形成部7及び投影部8を光の進行方向に順番に備える。車両(例:図9の自車67)は、車両用前照灯1aを車体の前部の左右に1つずつ装備している。
 なお、図1において矢印で示している各々の光(光束)の進行方向は、照明ユニット2a内の構成と同様に、模式的に示したものである。正確な進行方向については、後述の図4で説明する。
 構成の説明の便宜のために、3軸直交座標系を定義する。照明ユニット2aにおいて、光出射側の面を正面としたときに、正面視で、X軸は、左右水平の方向とし、Y軸は、上下の方向とする。Z軸は、照明ユニット2aの前後の方向とする。X軸は、左右水平方向の右側を正の向きとする。Y軸は、上を正の向きとする。Z軸は、照明ユニット2aの前方を正の向きとする。
 照明ユニット2aは車体(図示せず)の前部の左右の各側に取り付けられる。投影部8は、例えばプロジェクトレンズであり、車体の前部に露出するように、ハウジング9の前端に装着される。
 VCSELアレイ5の光出射面5bとレンズアレイ6の光入射面6aとは、正対している。レンズアレイ6の光出射面6bと配光パターン形成部7の光入射面7aとは、正対している。配光パターン形成部7の光出射面7bと投影部8の光入射面8aとは、正対している。車両用前照灯1aの照射光は、投影部8の光出射面8bから車両の前方の照射領域に向かって出射する。
 図2Aは、ハウジング9内のVCSELアレイ5の正面図である。なお、説明の便宜上、ハウジング9内に光路上に配置された各素子について、光の出射側の面を正面と呼び、入射側の面を背面と呼ぶことにする。VCSELアレイ5は、共通のサファイア基板13上に、面発光レーザとしての複数のVCSEL14が二次元配列で形成されたものとなっている。複数のVCSEL14を有するVCSELアレイ5は、複数の半導体レーザが共通の絶縁基板上に組み付けられたハイブリッドのアレイ光源や、端面発光型レーザ(端面発光レーザは、面発光レーザとしてのVCSELとは区別する。)が二次元配列で形成されたモノリシックアレイ光源とは区別される。
 寸法及び形状等の一例を述べると、各VCSEL14は、縦横70μmの正方形であり、縦又は横に隣り合うVCSEL14の間には、30μmの離隔部が形成されている。VCSEL14は、サファイア基板13上に縦横の合計50×200個が縦横に等間隔の配列で形成されている。
 図2Bは、ハウジング9内のレンズアレイ6の正面図である。レンズアレイ6は、像生成部として、第1群19aのコリメータレンズ18aと、第2群19bのコリメータレンズ18bとを共通の透明な平面基板17上に備える。図2Bにおいて、レンズアレイ6の縦横は、車両用前照灯1aが搭載されている車両の上下方向及び車幅方向に対応する。レンズアレイ6は、縦方向に3つの区分に分割され、上と下の区分には、第1群19aのコリメータレンズ18aが形成され、中の区分には第2群19bのコリメータレンズ18bが形成される。
 コリメータレンズ18a,18bの作用の詳細については、図4で後述するので、図2Bでは、コリメータレンズ18a,18bを概略的に説明する。コリメータレンズ18a,18bは、等しい直径の円形に形成され、縦横に隣り合うもの同士が共通の接線上で接している。
 レンズアレイ6におけるコリメータレンズ18a,18bの配置パターンは、VCSELアレイ5におけるVCSEL14の配置パターンに一致させる。VCSELアレイ5の光出射面5bとレンズアレイ6の光入射面6aとは、面を平行に揃えて正対している。コリメータレンズ18a,18bは、VCSELアレイ5の各VCSEL14から入射する僅かに広がったレーザ光をコリメート光として出射する。
 図3Aは配光パターン形成部7の背面図、図3Bは配光パターン形成部7を縦方向に沿って切ったときの断面図、図3Cは配光パターン形成部7の正面図である。配光パターン形成部7は、この例では、蛍光体プレートであり、矩形板状の容器体21と、容器体21内に所定の厚みで矩形板状に広がる収容空間に装填された蛍光粒22とを備える。
 レンズアレイ6の出射光は、像形成面(結像面)としての光入射面7aに入射し、蛍光粒22を通過し、光出射面7bから投影部8に向かって出射する。VCSELアレイ5のVCSEL14の発光色は、青色であり、VCSEL14の出射光は、青色を保持したまま、配光パターン形成部7の光入射面7aに到達する。
 光は、その後、容器体21内の蛍光粒22の収容空間を通過し、その際、一部の光は、蛍光粒22により波長の長い黄色の光に波長変換される。こうして、光出射面7bからの出射光は、青色の光と黄色の光とが混合して、車両用前照灯1aの照明光色として要求されている白色となって、投影部8に向かう。
 レンズアレイ6からの出射光は、配光パターン形成部7の光入射面7aにおいて所望の照度分布としての配光パターンの像を形成する。照明ユニット2aでは、光入射面7aに形成される照度分布は、縦方向に上区分26a、中区分26b及び下区分26cに3つに区分される。3つの区分のうち上区分26aと下区分26cとは低照度部分Maとなり、中区分26bは高照度部分Mbとなる。低照度部分Ma及び高照度部分Mbが生成される理由については、図4で詳説する。
 低照度部分Maは、第1群19aのコリメータレンズ18aからの入射光により生成され、高照度部分Mbは、第2群19bのコリメータレンズ18bからの入射光により生成される。高照度部分Mbは、車両用前照灯1aの照射領域において運転者が車両運転時に最も注視しなければならない領域に対応する。
 図4は、VCSELアレイ-蛍光体プレート間の光路を示す図である。説明の便宜上、「行」及び「列」を定義する。VCSELアレイ5におけるVCSEL14と、レンズアレイ6におけるコリメータレンズ18a,18b、及びレンズアレイ46(図5)におけるコリメータレンズ18cについて、縦方向の並びを「行」と呼び、横方向の並びを「列」と呼ぶことにする。
 図4並びに後述の図7B及び図7Cは、本発明の実施形態における配光パターンの像の形成を説明することを主眼としている。このため、図4、図7B及び図7Cに図示しているVCSEL14、コリメータレンズ18a,18b,18c又はプリズム50a~50dの並びの行数は、図示の簡略化のために、実際の製品の行数に対して大幅に減らしている。
 レンズアレイ6,46における行数及び列数は、VCSELアレイ5における行数及び列数と等しく、例えばそれぞれ50及び200である。また、レンズアレイ6,46における行間隔及び列間隔の長さは、VCSELアレイ5における行間隔及び列間隔の長さと等しい。以下、VCSELアレイ5、レンズアレイ6,46及びプリズム部材48a,48bにおける行間隔をピッチという。
 実施形態では、図1に示されるように、VCSELアレイ5、レンズアレイ6、配光パターン形成部7及び投影部8は、中心軸を揃えてハウジング9内に配設されている。図4、図7B及び図7Cにおいて、VCSELアレイ5及びレンズアレイ6,46のピッチの長さは、Daに設定され、この結果、VCSELアレイ5及びレンズアレイ6,46では、出射光のピッチ=Daとなる。
 図4及び図7BにおけるDb、並びに図7CにおけるDcは、配光パターン形成部7の光入射面7aにおける光入射点(スポット)7xの縦方向間隔としてのピッチの長さを示している。後述するように、Db同士又はDc同士は、それらの縦方向位置に関係なく、等しく設定されている。また、Db,Dc<Daの関係となる。
 第2群19bにおいて縦方向に隣り関係の2つのコリメータレンズ18b(以下、「縦方向に対のコリメータレンズ18b」という。)は、VCSELアレイ5の対応の2つのVCSEL14から径方向に僅かに広がりつつ中心軸に対して平行に入射する入射光を、出射後に相互に接近するように、通過後の向きを調整して、中心軸に対して所定の傾斜角度の出射光Lb(コリメート光)として出射する。この結果、第2群19bにおける縦方向に対のコリメータレンズ18bの出射光Lbは、配光パターン形成部7の光入射面7aの中区分26bにおいて縦方向に重なって、縦方向の共通の位置(同一の位置)に入射する。
 これに対し、第1群19aの各コリメータレンズ18aの出射光La(コリメート光)は、光軸に対して傾斜した向きに変更されるが、縦方向の順番を維持しつつ、配光パターン形成部7の光入射面7aの上区分26a又は下区分26cにおいて縦方向に重なることなく、縦方向の別々の位置に入射する。
 光入射面7aにおける出射光La及びLbの縦方向の光入射点7xのピッチは、上区分26a、中区分26b及び下区分26cの区分に関係なく、Dbと等しくなる。すなわち、Dbと等しくなるように、レンズアレイ6において、第1群19aのコリメータレンズ18a及び第2群19bのコリメータレンズ18bの各コリメータレンズの形状や向きが設定されている。
 中区分26bの各光入射点7xの入射光は、対のコリメータレンズ18bを経由した2つのVCSEL14からの2つの出射光Lbが重なったものである。これに対し、上区分26a及び下区分26cの各光入射点7xの入射光は、1つのコリメータレンズ18aのみを経由した1つのVCSEL14からの1つの出射光Laが入射したものである。そして、光入射面7aにおける光入射点7xのピッチは、縦方向位置に関係なく、Dbに等しくされる。したがって、中区分26bには高照度部分Mbが生成され、上区分26a及び下区分26cには低照度部分Maが生成される。高照度部分Mbの照度は、低照度部分Maの照度の2倍になる。
 (第2実施形態)
 図5は車両用前照灯1bの照明ユニット2b内の模式図である。照明ユニット2bにおいて図1の照明ユニット2aと同一の構造部分は、同符号で指示して、説明を省略し、照明ユニット2aとの相違点について説明する。
 図5において矢印で示している各光(各光束)の進行方向は、図1のときと同様に、模式的に示したものである。正確な進行方向については、後述の図7B及び図7Cで説明する。
 VCSELアレイ5、レンズアレイ46、プリズム部材48、配光パターン形成部7及び投影部8は、照明ユニット2bのハウジング9内に中心軸を揃えて配設されている。すなわち、照明ユニット2aのレンズアレイ6が、照明ユニット2bではレンズアレイ46及びプリズム部材48に置き換えられている。
 VCSELアレイ5の光出射面5bの側において、各VCSEL14から出射した光は、順番に、レンズアレイ46の光入射面46a及び光出射面46b、プリズム部材48の光入射面47a及び光出射面47bを通過して、配光パターン形成部7の光入射面7aに到達する。レンズアレイ46及びプリズム部材48は、それぞれ第1光学部及び第2光学部として、1つの像生成部を構成する。
 図6は、図5のレンズアレイ46の正面図である。レンズアレイ46は、コリメータレンズ18cを備える。コリメータレンズ18cは、図2Bにおけるレンズアレイ6のコリメータレンズ18a,18bと同一位置に配置されているものの、出射光の向きの調整がコリメータレンズ18a,18bによる出射光の向きの調整と異なっている。すなわち、コリメータレンズ18cは、VCSELアレイ5の各VCSEL14から中心軸に平行に僅かに広がりながら入射してくる入射光を、向きの変更は行わず、直進のコリメート光として出射させるものとなっている。したがって、コリメータレンズ18cからの光の出射方向は、レンズアレイ46の中心軸に対して平行に揃う。
 図7Aは、プリズム部材48の正面図、図7Bは、車両用前照灯1bが第1例のプリズム部材48aを備えるときの光路図、図7Cは車両用前照灯1bが第2例のプリズム部材48bを備えるときの光路図である。プリズム部材48a,48bを区別しないときは、「プリズム部材48」と総称する。
 プリズム部材48は、縦方向に上から順番に上区分49a、中区分49b及び下区分49cの3つの区分に区分けされている。プリズム部材48の正面側としての出射面は、凹凸を有しているのに対し、背面側としての光入射面47a(図7B及び図7C)は、1つの平面で(面一に)形成されている。
 各プリズム50aは、プリズム部材48aの光出射面47bに、光入射面47aに対して直角以外の角度で傾斜している傾斜面51bと、光入射面47aに対して直角に配光パターン形成部7の方に張出している張出し面51cとを有している。各プリズム50aにおいて、出射光Laは傾斜面51bのみから出射する。上区分49aのプリズム50aの傾斜面51bと、下区分49cのプリズム50aの傾斜面51bとは、光入射面47aに対して縦方向の傾斜の向きが相互に逆になっている。各プリズム50aの傾斜面51bは、プリズム部材48aにおいて縦方向の端側に配置されているものほど、光入射面47aに対して大きく(直角に近い角度で)傾斜している。
 各プリズム50bは、プリズム部材48aの光出射面47bに、光入射面47aに対して直角以外の角度で傾斜している2つの傾斜面51f(以下、この「2つの傾斜面」を適宜「対の傾斜面51f」という。)を有している。各プリズム50bにおいて、出射光Lbは各傾斜面51fから出射する。プリズム50bの傾斜面51fは、プリズム部材48aの縦方向の中心を境に、上区分49a側に位置する傾斜面51fと、下区分49c側に位置するプリズム50bの傾斜面51fとで、光入射面47aに対して縦方向の傾斜の向きが相互に逆になっている。
 各対の傾斜面51fに対し、プリズム部材48aの縦方向の端側の傾斜面51bは、中心側の傾斜面51bより光入射面47aに対して大きく傾斜している。端側の傾斜面51b同士及び中心側の傾斜面51b同士では、縦方向の端側に配置されているものほど、光入射面47aに対して大きく傾斜している。
 プリズム50aの行間隔は、レンズアレイ46のコリメータレンズ18cの行間隔と等しく、Daとなっている。各プリズム50bにおいて対の傾斜面の各傾斜面51bの縦方向寸法は、Daに等しく設定されており、各プリズム50bの縦方向寸法は2・Daとなる。
 縦方向に、1つのプリズム50aに対して1つの番号を付与し、プリズム50bに対して各傾斜面ごとに1つの番号を付与する。したがって、プリズム50bに対しては番号が2つ付与される。番号は、縦方向に上から順番に1番、2番、・・・(前述のVCSEL14が50行存在する実施形態では、番号の最大値は50番となる。)と決める。
 各プリズム50aは、同一の行番号の全部のコリメータレンズ18cから中心軸に平行に入射して来るコリメート光を、傾斜面51b,51fから光入射面7aの上区分26a又は下区分26cに向けて出射光Laとして出射する。出射光Laは、光入射面7aに到達した時に、光入射面7aにおいて、縦方向に重ならず、縦方向に入射光ピッチDbで並ぶ。
 各プリズム50bには、その2つの傾斜面51fの各行番号と同一の行番号の全部のコリメータレンズ18cから中心軸に平行に入射して来るコリメート光が入射する。そして、対応する行番号の傾斜面51fから光入射面7aの中区分26bに向けて出射光Lbとして出射する。同一のプリズム50bから出射する2つの出射光Lbは、光入射面7aに到達した時に、光入射面7aにおいて、縦方向に重なり、中区分26bに、入射光ピッチDbで並ぶ。
 配光パターン形成部7の光入射面7aにおける入射光ピッチDbは、プリズム部材48aからの出射光La,Lbが配光パターン形成部7の光入射面7aに入射することにより光入射面7aにおいて生成される光入射点7xの縦方向の並び間隔である。プリズム部材48aは、光入射面7aにおける入射光ピッチDbが光入射面7aにおける縦方向位置に関係なく、等しくなるように、光入射面47aに対して、各プリズム50a,50bの傾斜面51b,51fの傾斜角度が設定されている。
 この結果、中区分26bには高照度部分Mbが生成され、上区分26a及び下区分26cには低照度部分Maが生成される。高照度部分Mbの照度は、低照度部分Maの照度の2倍になる。
 図7Cのプリズム部材48bについて説明する。プリズム部材48bは、上区分49a及び下区分49cに形成されているプリズム50cと、中区分49bに形成されているプリズム50dとを有している。プリズム50cは、配光パターン形成部7の光入射面7aに低照度部分Maを生成する。プリズム50dは、配光パターン形成部7の光入射面7aに高照度部分Mbを生成する。
 各プリズム50cは、プリズム部材48bの光出射面47bに、光入射面47aに対して直角以外の角度で傾斜している傾斜面51hと、光入射面47aに対して直角に配光パターン形成部7の方に張出している張出し面51iとを有している。各プリズム50cにおいて、出射光Laは傾斜面51hのみから出射する。上区分49aのプリズム50cの傾斜面51hと、下区分49cのプリズム50cの傾斜面51hとは、光入射面47aに対して縦方向の傾斜の向きが相互に逆になっている。各プリズム50cの傾斜面51hは、プリズム部材48bにおいて縦方向の端側に配置されているものほど、光入射面47aに対して大きく傾斜している。
 各プリズム50dは、プリズム部材48bの出射面側に、光入射面47aに対して直角以外の角度で傾斜している3つの傾斜面51k(以下、この「3つの傾斜面」を適宜「組の傾斜面51k」という。)を有している。各プリズム50dにおいて、出射光Lbは各傾斜面51kから出射する。プリズム50dの傾斜面51kは、プリズム部材48bの縦方向の中心を境に、上区分49a側に位置する傾斜面51kと、下区分49c側に位置するプリズム50dの傾斜面51kとで、光入射面47aに対して縦方向の傾斜の向きが相互に逆になっている。ここで、説明の便宜上、各組の3つの傾斜面51kに対し、プリズム部材48bの縦方向の端側から中心側に順番に、「端側の傾斜面51k」、「中の傾斜面51k」及び「中心側の傾斜面51k」ということにする。各組において、光入射面7aに対する傾斜角は、大きい方から「端側の傾斜面51k」、「中の傾斜面51k」及び「中心側の傾斜面51k」の順番になっている。また、端側の傾斜面51k同士、中の傾斜面51k同士及び中心側の傾斜面51k同士では、縦方向の端側に配置されているものほど、光入射面47aに対して大きく傾斜している。
 プリズム50cの行間隔は、レンズアレイ46のコリメータレンズ18cの行間隔と等しく、Daとなっている。各プリズム50dにおいて組の傾斜面51kの各縦方向寸法は、Daに等しく設定されており、各プリズム50dの縦方向寸法は3・Daとなる。
 プリズム50cに対して1つの番号を付与し、プリズム50dに対して1組の各傾斜面51kごとに1つの番号を付与する。したがって、プリズム50dに対しては番号が3つ付与される。番号は、縦方向に上から順番に1番、2番、・・・(前述のVCSEL14が50行存在する実施形態では、番号の最大値は50番となる。)と決める。
 各プリズム50cは、同一の行番号の全部のコリメータレンズ18cから中心軸に平行に入射して来るコリメート光を、各傾斜面51hから光入射面7aの上区分26a又は下区分26cに向けて出射光Laとして出射する。出射光Laは、光入射面7aに到達した時に、縦方向に重ならず(異なる光入射点7xに入射し)、縦方向に入射光ピッチDcで並ぶ。
 各プリズム50dには、その各傾斜面51kの行番号と同一の行番号の全部のコリメータレンズ18cから中心軸に平行に入射して来るコリメート光が入射する。そして、1組の傾斜面51kのうち対応する行番号の傾斜面51kから光入射面7aの中区分26bに向けて出射光Lbとして出射する。同一のプリズム50dから出射する縦方向に3つの出射光Lbは、光入射面7aに到達した時に、縦方向に重なり(共通の光入射点7xに入射し)、中区分26bに、入射光ピッチDcで並ぶ。
 配光パターン形成部7の光入射面7aにおける入射光ピッチDcは、プリズム部材48bからの出射光La,Lbが配光パターン形成部7の光入射面7aに入射することにより光入射面7aにおいて生成される光入射点7xの縦方向の並び間隔である。プリズム部材48bは、光入射面7aにおける入射光ピッチDcが光入射面7aにおける縦方向位置に関係なく、等しくなるように、光入射面47aに対して、各プリズム50cの傾斜面51hの傾斜角度、及び各プリズム50dの各傾斜面51kの傾斜角度が設定されている。
 この結果、中区分26bには高照度部分Mbが生成され、上区分26a及び下区分26cには低照度部分Maが生成される。高照度部分Mbの照度は、低照度部分Maの照度の3倍になる。
 照明ユニット2bでは、光軸に対して平行に光を出射する普通のコリメータレンズ18cのみから成る通常のレンズアレイ46を用いることができるので、照明ユニット2aに比してコストを下げることができる。これに対し、図1の照明ユニット2aは、プリズム部材48を省略できる分、光軸方向の寸法を短くして、小型化することができる。
 (ADB:Adaptive Driving Beam)
 図8~図10Bを参照して、ADBが適用される車両用前照灯1をADB装置54として説明する。なお、車両用前照灯1は、車両用前照灯1a,1bを区別しないときの総称とする。
 図8はADB装置54のブロック図である。ADB装置54は、前方監視カメラ55、配光パターン制御装置56及びスイッチ装置57を備える。配光パターン制御装置56及びスイッチ装置57は、光源としてのVCSELアレイ5の輝度を制御する光源制御部の役割を有する。前方監視カメラ55は、車両用前照灯1が専用に備えてもよい。また、車両用前照灯1が装備されている車両(例:図9の自車67)に周辺監視装置や衝突防止装置(図示せず)がすでに実装されているときには、その前方監視カメラ55を共用してもよい。図示の実施例は、前方監視カメラ55を共用したときを示している。
 前方監視カメラ55は、自車67の前方の撮像画像を生成する。配光パターン制御装置56は、前方監視カメラ55からの撮像画像に基づいて自車67の前方に対向車68や先行車等の前方車両が存在するか否かを検出する。そして、前方車両が存在するときには、該前方車両について撮像画像上の位置及び寸法(例:図10A及び図10Bの対向車68の位置及び寸法に対応する。)を検出する。
 スイッチ装置57は、VCSELアレイ5のVCSEL14ごとに備えるスイッチのオン、オフを切り替えることにより、VCSEL14の点灯及び消灯を個々に、対ごとに、又は組ごとに切り替えることができるようになっている。コリメータレンズ18a及びプリズム50a.50cを通過する光を出射するVCSEL14は、個々に点灯及び消灯を切り替えられる。コリメータレンズ18b及び図7Bのプリズム50bを通過する光を出射するVCSEL14は、縦方向に隣り同士の関係にある対ごとに点灯及び消灯を切り替えられる。図7Cのプリズム50dを通過する光を出射するVCSEL14は、縦方向に連続する3つを1組とする組ごとに点灯及び消灯を切り替えられる。
 配光パターン制御装置56は、車両用前照灯1のVCSEL14を、ハイビーム(全部のVCSEL14の点灯)を基本にしつつ、前方車両の運転手が車両用前照灯1からの照射光により目が眩まないように、前方車両に対応するVCSEL14を消灯させ、その他のVCSEL14を点灯させる。なお、前方車両には、自車67(図9)に対して少なくとも対向車68(図9)が含まれ、適宜、先行車も含める。先行車の運転手が、ルームミラーやサイドミラーに映る自車67の車両用前照灯1aの光に眩むことがあるからである。配光パターン制御装置56によるVCSEL14の点灯及び消灯の制御は、スイッチ装置57の各スイッチのオン、オフを介して行われる。
 図9は、ADBの使用例の説明図である。自車67は、ADB機能を有する車両用前照灯1を装備し、センターライン64によって左右に分離される道路63の左レーンを走行している。一方、対向車68は、自車67とは、反対のレーンを自車67に向かって走行している。位置P(t1),P(t2)は時刻t1,t2における自車67の位置をそれぞれ示している。位置Q(t1),Q(t2)は時刻t1,t2における対向車68の位置を示している。なお、時刻t2は時刻t1より後の時刻である。
 図10A及び図10Bは、図9の走行状況下でそれぞれ車両用前照灯1が時刻t1,t2において配光パターン形成部7の光入射面7aに生成される照度分布を示している。該照度分布は、自車67が車両用前照灯1により生成する照射領域の配光パターンに一致する。
 図10A及び図10Bにおいて、マスク領域(無照射領域)Cと共にマスク領域C内に対向車68の撮像画像を図示している。これは、時刻t1,t2における光入射面7a上の対向車68の撮像画像の対応位置及び対応サイズとマスク領域Cの位置及びサイズとの関係を分かり易くするために、便宜上、示したものであり、実際には対向車68の撮像画像が光入射面7aに現れることはない。
 以下、図10A及び図10Bで図示している対向車68の撮像画像を対向車68の「仮想画像」と呼ぶ。マスク領域Cは、仮想画像に外接する矩形となるように、配光パターン制御装置56が生成する。
 道路63上の自車67と対向車68との相対距離は、時刻t1から時刻t2に時間が進むに連れて減少する。したがって、光入射面7a上の対向車68の寸法は、時刻t1より時刻t2の方が大きくなるとともに、位置は、時刻t1より時刻t2の方が右寄りになる。
 レンズアレイ6のコリメータレンズ18b又はプリズム部材48a,48bのプリズム50b,50dにより、配光パターン形成部7の光入射面7aの縦方向の中区分26bでは複数のレーザ光が重なるようになっている。したがって、配光パターン形成部7の光入射面7aにおいて、上区分26a及び下区分26cは低照度部分Maとなり、中区分26bは高照度部分Mbとなる。
 そして、ADB機能により、マスク領域Cが、光入射面7aにおいて対向車68の対応部分を内側に含む外接矩形として生成される。マスク領域Cに出射光が向かうVCSEL14は、配光パターン制御装置56により通電停止されて、消灯する。この結果、マスク領域Cは照度=0となり、車両用前照灯1aによる対向車68への照射が中止される。光入射面7aにおけるマスク領域Cの位置、サイズ及び個数は、前方車両の位置、サイズ及び個数に応じて動的に変化する。
 (第3実施形態)
 図11は車両用前照灯1cの照明ユニット2c内の模式図である。車両用前照灯1cは、車両用前照灯1a(図1)のレンズアレイ6に代えて、レンズアレイ6uが装備されている。
 レンズアレイ6uの光出射面6bからの所定の複数(図11では2つ)の出射光は、配光パターン形成部7の光入射面7aにおいて共通の光入射点7x(図12)に入射する。レンズアレイ6uから複数の出射光が配光パターン形成部7の光入射面7aの共通の光入射点7xに入射することにより、光入射点7xの照度は、レンズアレイ6uの光出射面6bからの単一の出射光が光入射点7xに入射したときよりも高くなる(明るくなる)。
 図12は、車両用前照灯1cにおける配光パターン形成部7の光入射面7aにおける光入射点7xの分布を示す図である。配光パターン形成部7は、図3A-図3Cの蛍光体プレートであつてもよいが、ここでは、板状の透光性の光散乱部となっている。図12に記載している光入射点7xの個数は、図示の簡略化のため、実際の製品における個数より大幅に少なくなっている。
 光入射点7xは、光入射面7aにおいて等密度で分布する。図示の例では、光入射点7xのX軸方向の寸法DaはY軸方向の寸法Dbより大となっている(寸法Da>寸法Db)。光入射面7aにおける光入射点7xの分布は、等密度が維持されれば、寸法Da=寸法Db又は寸法Da<寸法Dbとすることもできる。
 光入射面7aは、複数の区画74に区画される。各区画74は、その内側に唯一の光入射点7xを含む。各光入射点7xは、各区画74の中心に位置する。光入射面7aは、複数の区画74の集合となり、光入射面7aの任意の位置はいずれかの区画74に含まれる。区画74の寸法は、区画74の照度が、該区画74に隣り合う区画74に存在する光入射点7xの照度から影響を受けることなく、該区画74の内側に唯一存在する光入射点7xの照度の変化に応じて所定の照度段階が変化する寸法に設定される。
 図13はVCSELアレイ5の光出射面5bにおけるVCSEL14の配列状態を示している。図示の便宜上、図13の各○は、各VCSEL14の光出射点を示しており、VCSEL14の実際の形状を示すものではない。VCSEL14は、光出射面5bに縦横に寸法Dcの等間隔で配置されている。
 所定の複数(図示の例では4個)のVCSEL14は、1つの群154を構成する。群154と、図12の光入射点7xとは1:1に対応付けられている。すなわち同一の群154に属するVCSEL14は、Z軸に平行に光を出射した後、レンズアレイ6uの対応のコリメータレンズ163を通過する際に、向きを変更され、配光パターン形成部7の共通の光入射点7xに到達する。
 図14はレンズアレイ6uの光出射面6bにおけるコリメータレンズ163の配列状態を示している。図示の便宜上、図14の各○は、各コリメータレンズ163の中心部を示しており、コリメータレンズ163の実際の形状とは相違する。各コリメータレンズ163は、VCSELアレイ5の各VCSEL14と1:1に対応付けられている。各コリメータレンズ163には、VCSELアレイ5の対応するVCSEL14からの光が入射する。
 コリメータレンズ163も、VCSELアレイ5のVCSEL14の群154に合わせて群164を構成する。群164と、図12の光入射点7xとは1:1に対応付けられている。同一の群164に属する各VCSEL14からの出射光は、レンズアレイ6uを通過する際に、向きを変更され、配光パターン形成部7の共通の光入射点7xに到達する。
 (第4実施形態)
 図15Aは第4実施形態の車両用前照灯1dの照明ユニット2dの模式図、図15BはVCSELアレイ5におけるVCSEL14の群構成を示す図である。
 図15Aの照明ユニット2dにおいて、図1の照明ユニット2a内の要素と同一の要素は、照明ユニット2aに使用したものと同一の符号で指示する。照明ユニット2dでは、照明ユニット2c(図11)のレンズアレイ6uに代えて、レンズアレイ6vが設けられる。VCSELアレイ5からの一部の光は、レンズアレイ6vにおいて複数の光が配光パターン形成部7の光入射面7aに重ねられる光学処理を行われない。すなわち、レンズアレイ6vの光入射面6aにおいて、VCSELアレイ5からY軸方向の両端部に入射した入射光は、配光パターン形成部7の光入射面7aの専用の光入射点7xに入射するように、向きを変更されて、コリメータレンズ163から出射される。換言すると、レンズアレイ6vの光入射面6aにおいて、VCSELアレイ5からY軸方向の両端部に入射した入射光に対しては、配光パターン形成部7の光入射面7aの光入射点7xが1:1に割り当てられている。
 図15Bにおいて、VCSELアレイ5の光出射面5bは、Y軸方向において、両端側の領域156a(図15Bでは、一端側のみ図示)と中央側の領域156bとに区分される。そして、領域156aのVCSEL14は群154を構成せず、領域156bのVCSEL14のみが、Y軸方向に隣り関係にあるVCSEL14同士で対を構成して、群154を構成している。すなわち、車両用前照灯1c(図11)では、全部のVCSEL14について、4つのVCSEL14が1つの群154を構成していたのに対し、車両用前照灯1dでは、領域156bに存在するVCSEL14についてのみ、2つのVCSEL14が1つの群154を構成する。
 なお、VCSELアレイ5のVCSEL14が群154を構成するか、構成しないかは、VCSELアレイ5の構造自体には関係ない。光源制御部131(図16)が、VCSELアレイ5又は5bのVCSEL14の点灯及び消灯を制御するに当たり、群154として制御するかしないかが変更されるだけである。
 一方、レンズアレイ6vについては、図15Aに示すように、領域156aのVCSEL14から光入射面6aへの入射光については、各コリメータレンズ163aは、1つの入射光が、対応する1つの光入射点7xに入射するように、光入射面62から出射する。また、領域156bのVCSEL14から光入射面6aへの入射光については、各コリメータレンズ163bは、2つの入射光が、対応する1つの光入射点7xに入射するように、光入射面62から出射する。
 (光源制御部)
 図16は、車両用前照灯1cの制御装置135のブロック図である。制御装置135は、光源制御部131及びスイッチ部132を備え、車両制御部130からのデータに基づいてVCSELアレイ5を制御する。車両制御部130は、車両用前照灯1cが搭載される車両に搭載され、車両に装備される各種センサからの情報を集め、それらの情報に基づいて車両全体の制御(例:走行制御、エンジン制御、経路誘導、及び空調制御)を行っている。
 光源制御部131は、車両制御部130から所望のデータを入手して、スイッチ部132を制御する。スイッチ部132は、VCSELアレイ5のVCSEL14の通電を個々にオン、オフして、VCSEL14を個々に点灯及び消灯できるようになっている。光源制御部131は、車両制御部130のデータに基づいてスイッチ部132を介して各群154のVCSEL14の点灯数を制御する。これにより、配光パターン形成部7の光入射面7aの照度分布が変化して、投影部8の光出射面8bからの出射光としての照射光により照射される車両の前方の照射領域の光配光パターンが変化する。
 光源制御部131は、車両制御部130から、車両用前照灯1cが搭載されている車両のステアリングホィールの操舵角の情報に基づいて該車両の旋回方向を検知することができる。ステアリングホィールの操舵角の情報は、AFSに使用される。
 光源制御部131は、また、車両の前方に人、対抗車及び同一方向走行車(以下、「ターゲット」という)が存在する場合に、車両に対するターゲットの相対方向、相対距離及び寸法(例:画角換算の寸法)のターゲット情報を入手する。車両制御部130は、ターゲット情報を、例えば車両前方を撮影するカメラの撮像画像から抽出することができる。光源制御部131は、ターゲット情報に基づいて、ターゲットが光入射面7aにおいて占める区画74がどれかを算出する。
 図17は、VCSELアレイ5における群154ごとのVCSEL14の点灯数N、配光パターン形成部7の光入射点7xの照度U及び配光パターン形成部7の区画74の照度段階Wの三者間の関係についての説明図である。
 図17は、図11の車両用前照灯1cについての点灯数N等の関係である。すなわち、VCSELアレイ5において、縦横(Y軸方向及びX軸方向)2×2個のVCSEL14が1つの群154を構成するときの関係である。図17のVCSEL14において、白丸はVCSEL14が点灯していることを意味し、黒丸はVCSEL14が消灯していることを意味する。
 点灯数N、照度U及び照度段階Wにおいて、数値が同一のもの同士が対応していることを意味する。照度U及び照度段階Wは、数値が大きいほど、明るい照度及び明るい照度段階Wを意味する。
 点灯数Nの最大値は4であるので、光入射点7xの照度U及び区画74の照度段階Wは、0~4の5段階で制御される。区画74は、唯一の光入射点7xを内側の位置としての中心の位置に有する区画として形成される。光入射点7xの照度Uは、対応する群154におけるVCSEL14の点灯数Nに対応するので、区画74の照度段階Wは、対応する群154におけるVCSEL14の点灯数Nに対応し、照度U=区画74の照度段階の照度となる。照度段階W=4は、最大の(最も明るい)照度段階Wを意味し、照度段階W=0は、最小の(最も暗い)照度段階Wを意味する。
 (AFS)
 車両用前照灯1cが搭載される車両の前方の照射領域は、照度分布パターンに対応する配光パターンで車両用前照灯1cからの照射光を照射される。図18Aは、制御装置135により制御される配光パターン形成部7の光入射面7aにおける車両の直進走行時の照度分布パターンを示す。図18Bは、制御装置135により制御される配光パターン形成部7の光入射面7aにおける車両の左旋回時の照度分布パターンを示す。図18Cは、制御装置135により制御される配光パターン形成部7の光入射面7aにおける車両の右旋回時の照度分布パターンを示す。
 なお、図18A、図18B及び図19において、W4~W0は、それぞれ照度段階W=4~0の区画74を示す。A4~A0は、それぞれW4~W0の区画74が複数連なる領域を示している。W4は、光入射面7aにおいて明るさが最大である照度段階Wである。W0は、光入射面7aにおいて明るさが最小である照度段階Wである。照度段階W=0の区画74に含まれる光入射点7xの照度Uは0であり、照度U=0とは入射光無し(マスク領域)を意味する。すなわち光入射点7xに対応する群154に属する全部のVCSEL14は消灯している。
 図18A及び図18Bの照度分布パターン制御では、図17の照度段階W=4,3,2の3段階を使用し、照度段階W=1,0は使用していない。したがって、光入射面7aにおいて最小の明るさの区画74は、照度段階W=2の区画74となる。
 光源制御部131は、車両の直進走行時では、図18Aに示すように、配光パターン形成部7の光入射面7aにおいて、最大の明るさの領域A4が中央部を占め、最大の明るさの領域A4より暗い領域A3及び領域A2が周辺部を占めるように、VCSELアレイ5の各群154のVCSEL14の点灯数Nを制御する。
 光源制御部131は、車両の左旋回時では、図18Bに示すように、配光パターン形成部7の光入射面7aにおいて、最大の明るさの領域A4の中心が光入射面7aの中心から左へ移動するように、VCSELアレイ5の各群154のVCSEL14の点灯数Nを制御する。光源制御部131は、また、最大の明るさの領域A4を包囲する領域A3及び領域A2が、領域A4の左への移動に伴い、左へ移動するように、VCSELアレイ5の各群154のVCSEL14の点灯数Nを制御する。なお、領域A4の中心の左へ移動量は、ステアリンクホィールの左への操舵角に比例させる。
 光源制御部131は、車両の右旋回時では、図18Cに示すように、配光パターン形成部7の光入射面7aにおいて、最大の明るさの領域A4の中心が光入射面7aの中心から右へ移動するように、VCSELアレイ5の各群154のVCSEL14の点灯数Nを制御する。光源制御部131は、また、最大の明るさの領域A4を包囲する領域A3及び領域A2が、領域A4の右への移動に伴い、右へ移動するように、VCSELアレイ5の各群154のVCSEL14の点灯数Nを制御する。なお、領域A4の中心の右へ移動量は、ステアリンクホィールの右への操舵角に比例させる。
 (ADB)
  図19はADBに基づく配光パターン形成部7の光入射面7aにおける照度分布パターンを示している。図19Aは対向車186が遠方に存在するときの照度分布パターンを示し、図19Bは対向車186が接近したときの照度分布パターンを示している。車両用前照灯1cが搭載されている車両自体は、図18Aの場合と同様に左側のレーンを直進走行している。
 光源制御部131は、車両制御部130からの入手データに基づいてADBのターゲットとしての対向車186が光入射面7aのどの区画74に対応するかを算出する。そして、対向車186に対応する区画74については、その照度段階Wが0となるように、すなわち該区画74の光入射点7xに対応する群154の全部のVCSEL14を消灯する。これにより、対向車186の運転手は、車両用前照灯1cの車両からの照射光を当てられて、目が眩むのを防止される。
 (第5実施形態)
 図20は、車両用前照灯1eの照明ユニット2e内の模式図である。照明ユニット2c(図11)のレンズアレイ6uは、照明ユニット2eでは、レンズアレイ6w及びレンズアレイ200に置き換えられている。車両用前照灯1eにおいて、レンズアレイ6wは第1光学器に相当し、レンズアレイ200は第2光学器に相当する。
 レンズアレイ6wは、光入射面6a及び光出射面6bをそれぞれVCSELアレイ5の光出射面5b及びレンズアレイ200の光入射面200aに正対させている。レンズアレイ6wは、コリメータレンズ197を、レンズアレイ6uの光出射面6bにおけるコリメータレンズ163と同一の配列状態(図14)で、有している。VCSELアレイ5のVCSEL14とレンズアレイ6wのコリメータレンズ197とは1:1に対応し、VCSELアレイ5のVCSEL14の総数とレンズアレイ6wのコリメータレンズ197の総数とは等しい。
 VCSELアレイ5の各VCSEL14からの出射光は、進行に伴い、進行方向(Z軸方向)に対して直角方向(X軸及びY軸の方向)に少しずつ広がりながら、レンズアレイ6wの対応するコリメータレンズ197に入射する。各コリメータレンズ197は、VCSEL14からの入射光を、レンズアレイ6wの中心軸に対して平行な向きに揃えたコリメート光にして光出射面6bから出射する。
 レンズアレイ200は、レンズアレイ6wからの入射光に対して群ごとに1つの割り当てでコリメータレンズ203を有している。図13で説明したように、4つのVCSEL14が1つの群154を構成する場合には、レンズアレイ6wからの4つの入射光に対して1個のコリメータレンズ203が存在する。コリメータレンズ203の直径はコリメータレンズ197の直径の2倍である。この場合、レンズアレイ6wのコリメータレンズ197の総数と、レンズアレイ200のコリメータレンズ203の総数とは、4:1の比率になる。
 配光パターン形成部7の各光入射点7xは、各コリメータレンズ203の光軸上に位置する。こうして、各コリメータレンズ203は、それに入射する4つの入射光を、真向かいの1つの光入射点7xに入射するように、光出射面200bから出射する。
 車両用前照灯1eの利点は、レンズアレイ6w,200として、各コリメータレンズ197,203の向きがレンズアレイ6w,200の中心軸に対して平行な向きに揃ったレンズアレイ、すなわち構造の簡単なレンズアレイを使用することができることである。
 車両用前照灯1eでは、第1光学器としてのレンズアレイ6wは、各コリメータレンズ197からレンズアレイ6wの中心軸に平行にコリメート光を出射するので、第2光学器としてのレンズアレイ200はプリズム装置に置き換えることができる。
 図21は図20のレンズアレイ200に置き換えるプリズム装置210の構造図である。図21は、プリズム装置210を光入射面210aの側から見た図である。プリズム装置210は、その中心軸(図20のZ軸)の方向に光入射面210aをレンズアレイ6wの光出射面6bに正対させ、光出射面(図示せず)を配光パターン形成部7の光入射面7aに正対させている。
 プリズム装置210の光入射面210aには、X軸方向及びY軸方向に等ピッチでプリズム215が配列されている。プリズム215は、正四角錐を基本とする形状を有し、頂点216をレンズアレイ6wの側に向けている。プリズム215は、正方形の底面の各隅部をカット線217で切り落とされている。そして、X軸及びY軸の方向に隣り同士のプリズム215は、カット線217を共有する。
 プリズム215の4つの側面118の光入射点222には、各光入射点222に対してZ軸方向に正対しているレンズアレイ6wの光出射面6bの各コリメータレンズ197からの光が入射する。プリズム215の各光入射点222に入射した光は、プリズム装置210の光出射面(図示せず)から、該光出射面に正対している配光パターン形成部7の光入射面7aの1つの光入射点7x(図20)に入射する。
 なお、レンズとは、光入射面及び光出射面の少なくとも一方が曲面で形成される光学素子と定義し、プリズムとは、光入射面及び光出射面が共に平面で形成される光学素子と定義する。レンズアレイ200に代えて、プリズム装置を備える場合には、プリズム装置は非コリメート光をコリメート光に変換する必要がないので、第2光学器のコストを低減することができる。
 (変形例)
 本実施形態のVCSELアレイ5では、VCSEL14が等径及び等形に形成されているが、本発明のモノリシックアレイの面発光レーザは、必ずしも等径及び等形でなくてもよい。
 本実施形態において、配光パターン形成部7は平板状であるが、本発明の配光パターン形成部はブロック状であってもよい。
 本実施形態では、配光パターン形成部7の高照度部分Mbは、光入射面7aにおいて縦方向幅が左右方向(横方向)の位置に関係なく等しくなっている。本発明では、この縦方向幅を左右方向の位置又は範囲に応じて異ならせてもよい。
 本実施形態では、配光パターン形成部7の光入射面7aにおいて縦方向に上から低照度部分Ma、高照度部分Mb及び低照度部分Maの3つの照度部分を生成するために、VCSELアレイ5のVCSEL14の行数について、縦方向に上から順番に10,30,10を割り当てている。この場合、光入射面7aにおいて、3つの照度部分の縦方向寸法比は、縦方向に1対の出射光Lbを重ねる場合(図4及び図7B)には、2:3:2(=10:15:10)となり、縦方向に3つを1組とした出射光Lbを重ねる場合(図7C)には、1:1:1(=10:10:10)となる。
 しかしながら、本発明では、配光パターン形成部の像形成面において生成する各照度部分の縦方向寸法比を、各照度部分に対して割り当てるモノリシックアレイ光源の面発光レーザの個数を調整することにより、種々に設定することができる。
 本実施形態では、ADBの作動中は、各VCSEL14が連続点灯か、連続消灯になっている。本発明では、各VCSEL14の通電期間と非通電期間とのデューティ比を制御して、照射領域に中間の照度の領域部分を適宜生成することも可能である。
 本実施形態では、図4及び図7BにおけるDbと、並びに図7CにおけるDcとについて、単にDb,Dc<Daである旨、説明した。DbとDcとの関係について補足すると、Db<Dcに限定されることなく、Db≧Dcに設定することもできる。
 実施形態では、配光パターン形成部7として、透光性の光散乱部や蛍光体プレート(波長変換部)が用いられている。波長変換部としての蛍光体プレートは、内部に蛍光体粒子を備え、通過光の波長変換を行う。例えば、面発光レーザの発光色が青であるときは、該青の光を蛍光体プレートの光入射面側から光出射面側に通過させることにより、一部の光が黄色の光に変換され、蛍光体プレートからの出射光は、混合色としての白になる。
 実施形態では、VCSELアレイ5のVCSEL14は、どれも同一色の光を出射するものとなっている。本発明では、面発光レーザには、出射光の色に応じて複数種の面発光レーザが存在してもよい。本発明では、面発光レーザの配列の少なくとも一部において、各群が複数の面発光レーザを有するように、複数の群が構成されているが、各群を構成する面発光レーザの色を複数種とすることもできる。その場合は、面発光レーザの配列の各群には、各種類の面発光レーザが1つずつ含まれているようにする。これにより、配光パターン形成部の光入射面の各光入射点における変更色を等しくすることができる。
 実施形態の図17の説明では、区画74の照度段階Wの段階数としての所定数は、5である。群154を構成するVCSEL14の個数を適宜、4以外に変更すれば、区画74の照度段階Wの段階数としての所定数を3又は5以上に変更することができる。なお、所定数から2を除外しているのは、群154は、少なくとも2以上のVCSEL14から構成されなければならないからである。すなわち、これにより、照度段階Wの個数は、3以上になる。
 実施形態に対応する図18では、光源制御部131が、車両用前照灯1cを搭載している車両の旋回方向に応じて、配光パターン形成部7の光入射面7aにおける最も明るい照度段階の区画が光入射面7aの中心に対して左又は右に移動させることを説明した。本発明の光源制御部は、配光パターン形成部7の光入射面7aにおける最も明るい照度段階の区画が光入射面7aの中心に対して左又は右だけでなく、上下及び斜めの任意の方向に移動させることができる。
 実施形態に対応する図19では、ターゲットとして対向車186のみについて説明している。本発明では、ターゲットとして、対向車186以外の車両前方の人や、先行車両を含めることができる。
1a~1e・・・車両用前照灯、5・・・VCSELアレイ(モノリシックアレイ光源)、6,6u,6v,6w,46・・・レンズアレイ(像生成部)、6a,8a,46a・・・光入射面、5b,6b,7b.8b,46b・・・光出射面、7・・・配光パターン形成部、7a・・・入射面(像形成面)、8・・・投影部、14・・・VICSEL(面発光レーザ)、18a,18b,18c・・・コリメータレンズ、19a・・・第1群、19b・・・第2群、48・・・プリズム部材、56・・・配光パターン制御装置(光源制御部)、57・・・スイッチ装置(光源制御部)、68・・・対向車(前方車両)。

Claims (15)

  1.  複数の面発光レーザが配列されたモノリシックアレイ光源と、
     前記モノリシックアレイ光源の各面発光レーザからの入射光をコリメート光にして出射する複数のコリメータレンズが配列されたレンズアレイを含み、照度分布としての配光パターンの像が出射側に生成されるように、前記モノリシックアレイ光源の各面発光レーザからの入射光を、通過後の向きを調整して出射する像生成部と、
     前記像生成部からの入射光により前記配光パターンの像が形成される像形成面を有し、前記像生成部からの入射光を、前記像形成面を経て出射する配光パターン形成部と、
     前記配光パターン形成部からの入射光を車両の前方の照射領域に出射する投影部と、
     前記モノリシックアレイ光源の輝度を制御する光源制御部とを備えることを特徴とする車両用前照灯。
  2.  請求項1に記載の車両用前照灯において、
     前記レンズアレイは、
     前記モノリシックアレイ光源の複数の面発光レーザからの入射光の光入射点が前記配光パターン形成部の前記像形成面で重ならないように入射光の向きを変更して出射する第1群のコリメータレンズと、
     前記モノリシックアレイ光源の複数の面発光レーザからの入射光の前記光入射点が前記配光パターン形成部の前記像形成面において重なるように入射光の向きを変更して出射する第2群のコリメータレンズとを含むことを特徴とする車両用前照灯。
  3.  請求項1に記載の車両用前照灯において、
     前記像生成部は、照度分布としての配光パターンの像が出射側に生成されるように、前記レンズアレイの各コリメータレンズからの入射光を、通過後の向きを調整して出射するプリズム部材を含むことを特徴とする車両用前照灯。
  4.  請求項3に記載の車両用前照灯において、
     前記プリズム部材は、
     前記レンズアレイの複数のコリメータレンズからの入射光の光入射点が前記配光パターン形成部の前記像形成面で重ならないように入射光の向きを変更して出射する第1群のプリズムと、
     前記レンズアレイの複数のコリメータレンズからの入射光の光入射点が前記配光パターン形成部の前記像形成面において重なるように入射光の向きを変更して出射する第2群のプリズムとを含むことを特徴とする車両用前照灯。
  5.  請求項1~4のいずれか1項に記載の車両用前照灯において、
     前記光源制御部は、
     前記モノリシックアレイ光源の複数の面発光レーザの点灯及び消灯を個々に、対ごとに、又は組ごとに切り替えるスイッチ装置と、
     前記車両用前照灯の照射領域に車両の存在を検出したときは、該車両に向かう出射光を生成する面発光レーザが消灯するように、前記スイッチ装置を制御する配光パターン制御装置とを含むことを特徴とする車両用前照灯。
  6.  請求項1に記載の車両用前照灯において、
     前記モノリシックアレイ光源は、前記面発光レーザの配列の少なくとも一部において、各群が複数の面発光レーザを有するように、複数の群が設定され、
     前記配光パターン形成部は、複数の光入射点が等密度で分布して、各光入射点への入射光による照度の分布として配光パターンが生成される光入射面と、該光入射面を通過して来た光を出射する光出射面とを有し、
     前記像生成部は、前記モノリシックアレイ光源において同一の群に属する面発光レーザの出射光が、前記配光パターン形成部の前記光入射面の対応する共通の光入射点に入射するように、各出射光の向きを変更することを特徴とする車両用前照灯。
  7.  請求項6に記載の車両用前照灯において、
     前記レンズアレイのコリメータレンズと前記モノリシックアレイ光源の前記面発光レーザとは、1:1に対応付けられ、
     各コリメータレンズは、各面発光レーザからの入射光を前記配光パターン形成部の対応の前記光入射点へ向けることを特徴とする車両用前照灯。
  8.  請求項6に記載の車両用前照灯において、
     前記像生成部は、前記レンズアレイとしての第1光学部と、前記第1光学部とは別の第2光学部とを有し、
     前記第1光学部では、前記コリメータレンズは、前記モノリシックアレイ光源の前記面発光レーザと1:1に対応付けられて、各面発光レーザからの入射光を、同一の向きに揃えたコリメート光として出射し、
     前記第2光学部では、前記第1光学部の各コリメータレンズからの入射光を前記配光パターン形成部の対応の前記光入射点へ向けることを特徴とする車両用前照灯。
  9.  請求項6~8のいずれか1項に記載の車両用前照灯において、
     前記光源制御部は、前記モノリシックアレイ光源の各群の面発光レーザの点灯数を制御することにより前記光入射面の照度分布を制御することを特徴とする車両用前照灯。
  10.  請求項6~9のいずれか1項に記載の車両用前照灯において、
     前記配光パターン形成部の前記光入射面は、各区画が唯一の光入射点を内側に含む複数の区画に区画され、
     前記光源制御部は、前記配光パターン形成部の区画の照度段階を、該区画に対応する前記モノリシックアレイ光源の群の面発光レーザの点灯数を変更することにより、制御することを特徴とする車両用前照灯。
  11.  請求項10に記載の車両用前照灯において、
     前記光源制御部は、前記配光パターン形成部の前記光入射面における最も明るい照度段階の複数の区画を含む領域が前記光入射面の中心に対して任意の方向に移動するように、前記モノリシックアレイ光源の各群ごとの面発光レーザの点灯数を制御することを特徴とする車両用前照灯。
  12.  請求項10又は11に記載の車両用前照灯において、
     前記光源制御部は、前記配光パターン形成部の前記光入射面において中央部を占める複数の区画の照度段階が周辺部を占める複数の区画の照度段階より明るい照度段階となるように、前記モノリシックアレイ光源の各群ごとの面発光レーザの点灯数を制御することを特徴とする車両用前照灯。
  13.  請求項10~12のいずれか1項に記載の車両用前照灯において、
     前記区画の照度段階には、該区画に含まれる光入射点の照度が0になる照度段階が含まれることを特徴とする車両用前照灯。
  14.  請求項6~13のいずれか1項に記載の車両用前照灯において、
     前記配光パターン形成部は、透光性の光散乱部であることを特徴とする車両用前照灯。
  15.  請求項6~13のいずれか1項に記載の車両用前照灯において、
     前記配光パターン形成部は、蛍光体により通過光の波長変換を行う波長変換部であることを特徴とする車両用前照灯。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018209074A1 (de) * 2018-06-07 2019-12-12 Osram Gmbh Bestrahlungseinheit zur emission von strahlung

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117570393A (zh) 2018-06-21 2024-02-20 市光工业株式会社 车辆用灯具的光源单元以及车辆用灯具
JP7410382B2 (ja) 2019-12-26 2024-01-10 日亜化学工業株式会社 光源装置
DE102020112316A1 (de) * 2020-05-06 2021-11-11 Suss Microoptics Sa Projektionssystem und Fahrzeug mit Projektionssystem
JPWO2021251371A1 (ja) * 2020-06-09 2021-12-16
DE102021111499A1 (de) * 2021-05-04 2022-11-10 Marelli Automotive Lighting Reutlingen (Germany) GmbH Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug und Herstellungsverfahren

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008010228A (ja) * 2006-06-28 2008-01-17 Koito Mfg Co Ltd 車両用灯具
US20150233546A1 (en) * 2014-02-14 2015-08-20 Lg Innotek Co., Ltd. Light conversion substrate and light emitting package and automobile lamp including the same
WO2016072484A1 (ja) * 2014-11-07 2016-05-12 大日本印刷株式会社 光学装置及び光学装置が搭載された車両、照明装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2861754B2 (ja) 1993-10-14 1999-02-24 トヨタ自動車株式会社 ヘッドランプの配光制御装置
JP4900736B2 (ja) * 2009-03-31 2012-03-21 カシオ計算機株式会社 光源装置及びプロジェクタ
WO2011120172A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 Ats Automation Tooling Systems Inc. Light generator systems and methods
JP5719620B2 (ja) 2011-02-04 2015-05-20 株式会社小糸製作所 車両用前照灯の配光制御装置
JP2013073692A (ja) 2011-09-26 2013-04-22 Koito Mfg Co Ltd 車両用灯具ユニット
CN206585194U (zh) * 2014-04-24 2017-10-24 Nec显示器解决方案株式会社 激光光源、以及设置有激光光源的投影仪
US9826203B2 (en) * 2014-09-08 2017-11-21 Intel Corporation Method and system for controlling a laser-based lighting system
JP5970572B1 (ja) 2015-02-13 2016-08-17 株式会社フジクラ 車両用ヘッドランプ
JP2016215788A (ja) 2015-05-19 2016-12-22 株式会社小糸製作所 車両用前照灯の制御方法
US10057553B2 (en) * 2015-06-19 2018-08-21 Seiko Epson Corporation Light source device, illumination device, and projector
US11031748B2 (en) * 2017-01-16 2021-06-08 Sony Corporation Illumination device, control device, and control method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008010228A (ja) * 2006-06-28 2008-01-17 Koito Mfg Co Ltd 車両用灯具
US20150233546A1 (en) * 2014-02-14 2015-08-20 Lg Innotek Co., Ltd. Light conversion substrate and light emitting package and automobile lamp including the same
WO2016072484A1 (ja) * 2014-11-07 2016-05-12 大日本印刷株式会社 光学装置及び光学装置が搭載された車両、照明装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018209074A1 (de) * 2018-06-07 2019-12-12 Osram Gmbh Bestrahlungseinheit zur emission von strahlung

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