JP6499632B2 - 車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は車両用灯具に関する。
従来、車両用灯具として、光のコントラストを利用して路面に情報を示す画像を表示する車両用灯具が提案されている。特許文献１では、反射型デジタル光偏向装置により形成された情報を路面に表示している。
特許第４０５９０７９号公報
しかしながら従来の車両用灯具では、各種の画像が路面に表示されると、結像面と路面とが一致しないことが原因で、路面上の画像とレンズとの間の距離が、像の手前側と奥側とで大きく異なる。そのため、ある位置では結像するが、その前後では結像しない状態となり、ピンボケを生じるという問題点があった。
本発明では、画像を路面に鮮明に表示することが可能な車両用灯具を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、一態様の車両用灯具は、車両から路面に向けて斜めに光を照射する車両用灯具であって、光源と、前記光源から出射された光を変調して画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部で生成された前記画像を有する光を集光し中間像を結像する集光光学系と、前記集光光学系で集光された光を反射して路面に投影する反射部と、を備え、前記反射部は、投影方向後方側から投影方向前方側に向かうに従い徐々に曲率が大きくなる反射面を有する。
上述の車両用灯具において、前記画像生成部は、前記光源から出射された光を反射又は透過させるとともに画像を生成する、構成とすることが好ましい。
この構成によれば、反射面が凸曲面であっても凹曲面であっても、車両遠方に向けて光を反射する領域に比べて、車両近傍に向けて光を反射する領域で光を反射し、反射面において光を反射する領域と結像面である路面において結像する領域との距離を短くして、結像した配光パターンのピンボケを抑制できる。従って、画像を路面に鮮明に表示することが可能な車両用灯具を提供することが可能である。
上述の車両用灯具において、互いに距離が異なる路面上の領域に向けて反射する複数の前記反射部と、複数の前記反射部のうちの１つを前記集光光学系から照射された光の受光位置に切替えて配置する切替部と、を備えていてもよい。
この構成によれば、互いに距離が異なる領域に向けて反射する複数の反射部を、切替部により切替えて受光位置に配置するので、各反射部により路面の異なる距離に画像を鮮明に表示できる。そのため用途に応じて反射部を切替えることで、各用途に適した位置に画像を鮮明に表示することができる。
上述の車両用灯具において、前記集光光学系から照射された光を前記反射部に向けて反射する折返しミラーを備えていてもよい。
この構成によれば、集光光学系からの光を折返しミラーにより反射部に向けて反射するので、集光光学系を反射部に対向する向きで配置する必要がなく、集光光学系の天地方向の厚みを小さくして車両用灯具の天地方向の大きさを小さくすることができる。
上述の車両用灯具において、前記反射面は、凹面形状であり、前記集光光学系により形成された中間像の後段に配置されていてもよい。
この構成によれば、凹面形状の反射面を採用して、路面に鮮明な画像を表示することができる。
上述の車両用灯具において、前記反射面は、凸面形状であり、前記集光光学系により形成された中間像の前段に配置されていてもよい。
この構成によれば、凸面形状の反射面を採用して、路面に鮮明な画像を表示することができる。
上述の車両用灯具において、前記車両の前方に存在する物体を検知する物体検知部と、前記物体検知部の検知状況に基づいて、前記画像生成部の前記画像と前記切替部における前記反射部の切替態様とを制御する制御部と、を備えていてもよい。
この構成によれば、車両前方の状況に応じて表示の向きや位置を変えることができるので、路面に表示する画像の情報が車両周囲に伝わり易い。
上述の車両用灯具において、前記制御部が、前記車両の前方の状況に応じて前記画像の向きおよび前記画像の投影位置のうち何れか一方又は両方を変更する構成を採用してもよい。
この構成によれば、車両前方の状況に応じて、必要な情報を見易く路面に投影することができる。
本発明の車両用灯具によれば、画像を路面に鮮明に表示することが可能な車両用灯具を提供することができる。
第１実施形態に係る車両用灯具の概略図である。 第１実施形態に係る車両用灯具の投影モジュールの概略図である。 第１実施形態に係る車両用灯具の切替部を示す斜視図である。 第１実施形態に係る車両用灯具において近距離用反射部を用いて路面を照射した状態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 第１実施形態に係る車両用灯具において中距離用反射部を用いて路面を照射した状態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 第１実施形態に係る車両用灯具において遠距離用反射部を用いて路面を照射した状態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 第１実施形態の変形例に係る車両用灯具の投影モジュールの概略図である。 第２実施形態に係る車両用灯具の投影モジュールの概略図である。
以下、一実施形態である車両用灯具について図面を参照しながら説明する。
以下の説明で用いる図面は、特徴を分かり易くするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る車両用灯具１０の概略図である。
本実施形態の車両用灯具１０は、画像を有する光を車両から路面に向けて斜めに照射する装置である。
車両用灯具１０は、図１に示すように、車両の前方を照射する投影モジュール１１と、これを制御する制御装置１３と、前方の状況を検知して制御装置１３に伝達する撮像装置１５と、を備えている。
図２は本実施形態の投影モジュール１１を示す模式図である。
本実施形態の投影モジュール１１は、光源２１と、入射光学系２５と、画像生成部３１と、投影光学系４１と、を備えている。
光源２１は可視光を出射する。光源２１としては、発光ダイオード光源（ＬＥＤ、light emitting diode）又はレーザ光源を採用することができる。
入射光学系２５は、光源２１からの光を集光し画像生成部３１の反射制御面を照射する一又は複数のレンズなどからなる。
画像生成部３１は、光源２１から出射された光を変調して画像を生成するものであり、本実施形態では反射型デジタル光偏向装置（ＤＭＤ、Digital Mirror Device）からなる。反射型デジタル光偏向装置からなる画像生成部３１は、傾倒可能な複数のミラー素子を配列して構成された反射制御面を有する。
画像生成部３１の複数のミラー素子は、それぞれ制御装置１３からの信号により傾倒角度を反射側又は遮光側に制御される。画像生成部３１は、反射側に傾倒された複数のミラー素子の反射光により、任意形状の反射パターン（画像）３９を生成する。図２に示す例では、画像生成部３１は、矢印形状の反射パターン３９を生成する。
なお、車両用灯具１０には、遮光側に傾倒した各ミラー素子からの光を遮光するための光遮光部材３２が設けられている。
投影光学系４１は、画像生成部３１において生成された反射パターン３９を配光パターン４９として車両前方に照射する。投影光学系４１は、集光光学系４２と、折返しミラー４３と、反射装置４４と、を備えている。
集光光学系４２は、一又は複数のレンズなどからなる。集光光学系４２は、画像生成部３１で生成された反射パターン３９を、折返しミラー４３を介して反射装置４４の反射部４５に照射する。また、集光光学系４２は、画像生成部３１から出射された反射パターン３９を集光して中間像５９を結像する。
折返しミラー４３は、集光光学系４２からの光を反射部４５に向けて反射するミラーである。
図３は、反射装置４４の斜視図である。
反射装置４４は、複数（本実施形態では３つ）の反射部４５と、切替部４６と、を有する。反射部４５は、集光光学系４２で集光された光を路面５７に向けて反射する。切替部４６は、軸部４６ａと、軸部４６ａを軸中心に回転駆動する駆動部４６ｂと、を有する。軸部４６ａには、軸部４６ａの軸中心に対して周方向に沿って等間隔に複数の反射部４５が固定されている。切替部４６は、駆動部４６ｂによる軸部４６ａの回転に伴い、複数の反射部４５のうちの１つを集光光学系４２からの照射された光を受光する受光位置に切替えて配置させる。
なお、図１および図２において、複数の反射部４５のうち、受光位置に配置された１つの反射部４５のみが図示されている。
反射部４５は、拡大投影用の凹面リフレクターである。反射部４５は、反射面４５ａを有する。反射部４５は、反射面４５ａにおいて集光光学系４２で集光された光を反射して路面５７の所定の領域に投影する。反射面４５ａは非球面の自由曲面からなる凹面形状である。
反射面４５ａは、集光光学系４２により形成された中間像５９の後段に配置されている。したがって、光は、反射面４５ａの前段側で結像し、拡散方向に広がりながら凹面形状の反射面４５ａに入射し、反射面４５ａによって反射されることで再び集光される。
なお、本明細書において、「前段」および「後段」とは、光の透過経路に沿った前後関係（すなわち、光路において上流側および下流側）を意味し、車両用灯具１０内の各部位の配置を意味するものではない。
反射面４５ａの投影方向前方側の領域４５ｂは、車両近傍側の路面５７に向けて光を反射する。また、反射面４５ａの投影方向後方側の領域４５ｃは、車両遠方側の路面５７に向けて光を反射する。反射面４５ａは、投影方向後方側の領域４５ｃから投影方向前方側の領域４５ｂに向かうに従い、投影対象（路面５７の車両近傍から車両遠方）との距離に応じて連続的に曲率を変化させて形成されている。すなわち、反射面４５ａは、投影方向後方側から投影方向前方側に向かうに従い徐々に曲率が大きくなる。これにより、車両遠方に向けて光を反射する投影方向後方側の領域４５ｃに比べて、車両近傍に向けて光を反射する投影方向前方側の領域４５ｂで光を反射し、反射面４５ａにおいて光を反射する領域と路面５７結像面である路面５７において結像する領域との距離を短くして、結像した配光パターン４９のピンボケを抑制できる。
図３に示すように、本実施形態の反射装置４４は、近距離用反射部４５Ｘと、中距離用反射部４５Ｙと、遠距離用反射部４５Ｚとを有している。各反射部４５Ｘ、４５Ｙ、４５Ｚの反射面４５ａは、互いに距離が異なる路面５７上の領域に向けて反射するように設定されている。近距離用反射部４５Ｘと中距離用反射部４５Ｙと遠距離用反射部４５Ｚとの各反射面４５ａは、反射光を照射する距離が近いものほど、平均の曲率が大きい曲面に形成されている。近距離用反射部４５Ｘを用いて路面５７に配光パターン４９を照射した状態を図４（ａ）、（ｂ）に示し、中距離用反射部４５Ｙを用いて路面５７に配光パターン４９を照射した状態を図５（ａ）、（ｂ）に示し、遠距離用反射部４５Ｚを用いて路面５７に配光パターン４９を照射した状態を図６（ａ）、（ｂ）に示す。
図１に戻って、車両用灯具１０の構成について説明する。
投影モジュール１１を制御するための撮像装置１５は、車両前方を撮像して処理することで、車両の前方に存在する物体を検知し、検知信号を制御部５１に伝達する物体検知部５２を有している。
一方、制御装置１３は、画像生成部３１のミラー素子の傾倒態様を制御する処理を実行することにより画像を生成すると同時に、切替部４６により複数の反射部４５から選択した反射部４５を集光光学系４２からの受光位置に配置することが可能に構成されている。
制御装置１３は、各種の画像の制御情報などが予め設定されたメモリ５３と、メモリ５３からの情報や撮像装置１５からの信号に基づいて制御信号を生成する制御部５１と、制御信号に基づいて光源２１と画像生成部３１と反射装置４４との一部又は全部を駆動する駆動部５４と、を有している。
制御部５１は、物体検知部５２の検知状況又は運転者等の入力操作に基づき、駆動部５４を介して、画像生成部３１の各ミラー素子の傾倒態様により画像を制御し、反射装置４４の何れかの反射部４５を受光位置に配置する切替態様を制御する。
このような車両用灯具１０では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、撮像装置１５により車両前方の近傍の路肩に歩行者５６の存在を検知したときは、反射装置４４において近距離用反射部４５Ｘを受光位置に切替えて配置する。また画像生成部３１では路肩の歩行者５６に合わせた横向きの画像を生成し、光源２１からの光を集光光学系４２から照射する。これにより歩行者５６から見て適切な向きで画像を路面５７に表示することができる。
例えば道路を横断しようとしている歩行者５６に対して道を譲ることを示す場合、路肩の歩行者５６から見て適切な表示になるように文字を回転した状態で表示できる。
また図５（ａ）、（ｂ）に示すように、運転者等の入力操作で路面表示を要求したときは、反射装置４４において中距離用反射部４５Ｙを受光位置に切替えて配置する。また画像生成部３１では運転者等の要求する情報を運転者等に合わせて手前向きの画像を生成し、光源２１からの光を集光光学系４２から照射する。これにより運転者から見て適切な向きで画像を路面５７に表示することができる。
例えば運転者に路面５７の中距離位置に法定速度、道路案内、前方の障害物警告などの情報を運転者からみて適切な向きで路面５７に表示することができる。
さらに図６（ａ）、（ｂ）に示すように、撮像装置１５により対向車５８の存在を検知したときは、反射装置４４において遠距離用反射部４５Ｚを受光位置に切替えて配置する。また画像生成部３１では対向車５８の運転者に合わせた反対向きの画像を生成し、光源２１からの光を集光光学系４２から照射する。これにより対向車５８の運転者から見て適切な向きで画像を路面５７に表示することができる。
例えば遠方の対向車５８に横断中の歩行者５６を知らせる場合などには、対向車５８から見て適切な表示となるよう文字を反転した状態で表示することができる。
本実施形態の車両用灯具１０によれば、反射パターン３９としての画像を有する光を路面５７に向けて反射する反射部４５が、投影対象（路面の車両近傍から車両遠方）との距離に応じて連続的に曲率を変化させて形成されている。これにより、画像を路面５７に鮮明に表示することができ、ピンぼけの生じない高品質の画像の描画が可能となる。
また、本実施形態の車両用灯具１０によれば、互いに距離が異なる領域に向けて反射する複数の反射部４５を、切替部４６により切替えて受光位置に配置できる。用途に応じて反射部４５を切替えることで、各用途に適した位置に画像を鮮明に表示する車両用灯具１０を提供できる。また遠距離に反射光を照射した際、光が拡散して照度が低下することを防止できる。
また、本実施形態の車両用灯具１０によれば、物体検知部５２と、物体検知部５２の検知状況に基づいて画像生成部３１の画像と反射部４５の切替態様とを制御する制御部５１と、を備えている。そのため車両前方の状況に応じて表示の向きや位置を変えることができ、路面に表示する画像の情報が車両周囲に伝わり易い。
また、本実施形態の車両用灯具１０は、制御部５１が、車両の前方の状況に応じて画像生成部３１に生成される画像を変更して画像の向きを変更する。さらに、本実施形態の車両用灯具１０は、制御部５１が、車両の前方の状況に応じて近距離用反射部４５Ｘと中距離用反射部４５Ｙと遠距離用反射部４５Ｚのうち何れかを選択することで画像の投影位置を変更する。これにより、車両前方の状況に応じて、必要な情報を見易く路面に投影できる。
なお上記第１実施形態は本発明の範囲内において適宜変更可能である。例えば近距離用反射部４５Ｘと中距離用反射部４５Ｙと遠距離用反射部４５Ｚとの選択と、画像の向きと、の組み合わせは何ら限定されない。例えば遠距離用反射部４５Ｚにより横向きの画像を路面５７に表示することも可能である。
また、本実施形態の車両用灯具１０によれば、集光光学系４２からの光を折返しミラー４３により反射部４５に向けて反射するので、集光光学系４２を反射部４５に対向する向きで配置する必要がない。これにより、集光光学系４２の天地方向の厚みを小さくして車両用灯具１０の天地方向の大きさを小さくすることができる。これにより車両用灯具１０のハウジングの大きさを小型化し易くできる。
なお、折返しミラー４３は、省略してもよい。図７に、本実施形態に採用可能な変形例の投影モジュール１１Ａを示す。投影モジュール１１Ａは、上述の実施形態と比較して、折返しミラー４３を備えていない点が異なる。本変形例によれば、部品点数を減少させて安価な車両用灯具１０を提供できる。
（第２実施形態）
図８は第２実施形態の車両用灯具１１０の投影モジュール１１１を示す模式図である。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態の車両用灯具１１０は、反射部１４５を有する反射装置１４４を備える。反射部１４５は、凸面形状の反射面１４５ａを有する。反射面１４５ａは、集光光学系４２により形成された中間像１５９の前段に配置されている。したがって、光は、集光しながら凸面形状の反射面１４５ａに入射し、反射面１４５ａによって反射面と結像面との距離が調整されて前方に反射される。
凸面形状の反射面１４５ａは、投影方向後方側から投影方向前方側に向かうに従い徐々に曲率が大きくなる。
反射面１４５ａの投影方向前方側の領域１４５ｂは、車両遠方側の路面５７に向けて光を反射する。また、反射面１４５ａの投影方向後方側の領域１４５ｃは、車両近傍側の路面５７に向けて光を反射する。反射面１４５ａは、投影方向後方側の領域１４５ｃから投影方向前方側の領域１４５ｂに向かうに従い、投影対象（路面５７の車両近傍から車両遠方）との距離に応じて連続的に曲率を変化させて形成されている。すなわち、反射面１４５ａは、投影方向後方側から投影方向前方側に向かうに従い徐々に曲率が大きくなる。これにより、車両遠方に向けて光を反射する投影方向前方側の領域１４５ｂに比べて、車両近傍に向けて光を反射する投影方向後方側の領域１４５ｃで光を反射し、反射面１４５ａにおいて光を反射する領域と結像面である路面５７において結像する領域との距離を短くして、結像した配光パターン４９のピンボケを抑制できる。
さらに上記各実施形態のいずれにおいても、上記のような車両用灯具１０はヘッドライトと別に設けてもよく、ヘッドライトに組込んでもよい。
また何れの実施形態においても、画像生成部３１として反射型デジタル光偏向装置を用いた例について説明したが、液晶等の透過型の空間変調器、スキャニングミラーと蛍光体を組み合わせた描画装置などであってもよい。
１０，１１０…車両用灯具、２１…光源、３１…画像生成部、３９…反射パターン（画像）、４２…集光光学系、４３…折返しミラー、４５，４５Ｘ，４５Ｙ，４５Ｚ，１４５…反射部、４５ａ，１４５ａ…反射面、４６…切替部、５１…制御部、５２…物体検知部、５５…車両、５７…路面、５９，１５９…中間像

Claims (7)

  1. 車両から路面に向けて斜めに光を照射する車両用灯具であって、
    光源と、
    前記光源から出射された光を変調して画像を生成する画像生成部と、
    前記画像生成部で生成された前記画像を有する光を集光し中間像を結像する集光光学系と、
    前記集光光学系で集光された光を反射して路面に投影する反射部と、を備え、
    前記反射部は、投影方向後方側から投影方向前方側に向かうに従い徐々に曲率が大きくなる反射面を有する、
    車両用灯具。
  2. 互いに距離が異なる路面上の領域に向けて反射する複数の前記反射部と、
    複数の前記反射部のうちの１つを前記集光光学系から照射された光の受光位置に切替えて配置する切替部と、を備える、
    請求項１に記載の車両用灯具。
  3. 前記集光光学系から照射された光を前記反射部に向けて反射する折返しミラーを備える、
    請求項１又は２に記載の車両用灯具。
  4. 前記反射面は、凹面形状であり、前記集光光学系により形成された前記中間像の後段に配置されている、
    請求項１〜３の何れかに記載の車両用灯具。
  5. 前記反射面は、凸面形状であり、前記集光光学系により形成された前記中間像の前段に配置されている、
    請求項１〜３の何れかに記載の車両用灯具。
  6. 前記車両の前方に存在する物体を検知する物体検知部と、
    前記物体検知部の検知状況に基づいて、前記画像生成部の前記画像と前記切替部における前記反射部の切替態様とを制御する制御部と、を備える、請求項２に記載の車両用灯具。
  7. 前記制御部が、前記車両の前方の状況に応じて前記画像の向きおよび前記画像の投影位置のうち何れか一方又は両方を変更する、
    請求項６に記載の車両用灯具。
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