車両用照明装置
【課題】複数の微小可動鏡を備えたＭＥＭＳミラーアレイで配光を制御する車両用照明装置において、ＭＥＭＳミラーアレイを大型化することなく、簡易な構成で投光領域を拡げることができる車両用照明装置を提供する。
【解決手段】光を照射する光照射部と、独立に駆動されて第１の角度又は第２の角度で傾く反射面を有し且つ基板上に配列された複数の微小可動鏡と、第１の角度で傾けられた反射面を有し且つ複数の微小可動鏡の周囲に隣接して配置された固定鏡とを有し、光照射部から照射された光を複数の微小可動鏡又は固定鏡により反射して当該光の進行方向を変換する反射性方向変換器と、第１の角度で傾けられた微小可動鏡及び固定鏡により反射された反射光の光路上に配置され、入射した光を車両前方に投光する投光部と、を備えた車両用照明装置とする。
【解決手段】光を照射する光照射部と、独立に駆動されて第１の角度又は第２の角度で傾く反射面を有し且つ基板上に配列された複数の微小可動鏡と、第１の角度で傾けられた反射面を有し且つ複数の微小可動鏡の周囲に隣接して配置された固定鏡とを有し、光照射部から照射された光を複数の微小可動鏡又は固定鏡により反射して当該光の進行方向を変換する反射性方向変換器と、第１の角度で傾けられた微小可動鏡及び固定鏡により反射された反射光の光路上に配置され、入射した光を車両前方に投光する投光部と、を備えた車両用照明装置とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配光を変更可能な車両用照明装置が種々知られている。
【０００３】
特許文献１には、少なくとも１つの光源と反射器とを有し、該反射器によっては前記少なくとも１つの光源から送出された光が反射され、更に少なくとも１つの光源により反射された光の光路中に配置された反射性方向変換装置を有し、該方向変換装置によっては該方向変換装置に当たる光が、照明装置から出射する光束を形成するように反射可能である車両用照明装置が記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載の車両用照明装置は、前記方向変換装置が多数の個々の反射性素子を有し、該反射性素子は相互に無関係に少なくとも２つの所定位置間で可動であることを特徴とする。即ち、複数の微小可動鏡を備えた反射性方向変換器（ＭＥＭＳミラーアレイ）を用いて、車両用照明装置（ヘッドランプ）の配光を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１０４２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
視認性の向上を図るために、車両用照明装置の投光領域を拡げることが望まれる。特許文献１に記載の車両用照明装置において投光領域を拡げようとすると、ＭＥＭＳミラーアレイの微小可動鏡の個数を増やすしかない。光源の輝度には上限値がある。投光領域で所望の光度を得るために、個々の微小可動鏡の反射面の面積は、一定面積（下限値）より小さくすることができない。このため、特許文献１に記載の車両用照明装置では、投光領域を拡げようとすると、微小可動鏡の個数が増加して、ＭＥＭＳミラーアレイが大型化するという問題が生じる。
【０００７】
ＭＥＭＳミラーアレイの大型化は、個々のＭＥＭＳミラーアレイに使用される半導体回路基板（半導体チップ）の大型化を招く。半導体回路基板の大型化は、大面積露光が可能な半導体露光装置の導入など製造ラインの変更にも繋がる。従って、ＭＥＭＳミラーアレイが大型化すると、製造歩留まりが低下する、製造コストが急激に上昇する等、副次的な問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、複数の微小可動鏡を備えたＭＥＭＳミラーアレイで配光を制御する車両用照明装置において、ＭＥＭＳミラーアレイを大型化することなく、簡易な構成で投光領域を拡げることができる車両用照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、光を照射する光照射部と、独立に駆動されて第１の角度又は第２の角度で傾く反射面を有し且つ基板上に配列された複数の微小可動鏡と、前記第１の角度で傾けられた反射面を有し且つ前記複数の微小可動鏡の周囲に隣接して配置された固定鏡とを有し、前記光照射部から照射された光を前記複数の微小可動鏡又は前記固定鏡により反射して当該光の進行方向を変換する反射性方向変換器と、前記第１の角度で傾けられた微小可動鏡及び固定鏡により反射された反射光の光路上に配置され、入射した光を車両前方に投光する投光部と、を備えた車両用照明装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記固定鏡が、前記複数の微小可動鏡の上側に隣接して配置された、請求項１に記載の車両用照明装置である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記固定鏡が、前記複数の微小可動鏡の右側及び左側に隣接して配置された、請求項１又は２に記載の車両用照明装置である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記複数の微小可動鏡が配列される領域を、前記光照射部から前記反射性方向変換器に光が照射される領域に応じて設定した、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の車両用照明装置である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記固定鏡は、反射側の表面が鋸歯状であり、前記第１の角度で傾けられた複数の反射面を有する、請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の車両用照明装置である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記固定鏡は、反射側の表面が凸面状であり、前記複数の微小可動鏡と接する部分に前記第１の角度で傾けられた反射面を有する、請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の車両用照明装置である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、複数の微小可動鏡を備えたＭＥＭＳミラーアレイで配光を制御する車両用照明装置において、ＭＥＭＳミラーアレイを大型化することなく、簡易な構成で投光領域を拡げることができる、という効果がある。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、固定鏡により投光領域を下方向に拡げることができ、車両前方の近距離領域を照明して違和感のない照明を実現することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、固定鏡により投光領域を左右両側に拡げることができ、投光領域と投光領域外側との境界が目立たないようにして、違和感のない照明を実現することができる。また、歩道や路肩を常時照明して安全性の高い照明を実現することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、光度の高い投光領域でだけ、複数の微小可動鏡により配向を制御することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、固定鏡を薄型化することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、反射性方向変換器上での照度分布とは異なる光度分布を、車両の遠方において得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（Ａ）は本発明の実施の形態に係る車両用照明装置（配光可変ヘッドランプ）を車両に搭載した状態を示す平面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図２】車両用照明システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】車両用照明システムの幻惑低減動作を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る配光可変ヘッドランプの構成を示す概略図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は図４に示す反射性方向変換器の構成を示す図である。（Ａ）は反射性方向変換器を上側から見たときの平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ-Ａ’線での断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＢ-Ｂ’線での断面図である。（Ｄ）は（Ｂ）に示す領域Ｙの部分を拡大して示す断面図であり、（Ｅ）は（Ａ）に示す領域Ｘの部分を拡大して示す平面図である。
【図６】（Ａ）は微小可動鏡の構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す微小可動鏡がオン状態である場合を示し、（Ｃ）は（Ａ）に示す微小可動鏡がオフ状態である場合を示す。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は固定鏡の他の配置例を示す平面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｄ）はＭＥＭＳミラーアレイの形状に応じた固定鏡の配置を示す平面図である。
【図９】固定鏡の配置により水平光度分布が変化する様子を示すグラフである。
【図１０】固定鏡で投光領域を下方向に拡大する場合の路面照度分布を示す平面図である。
【図１１】ハイビームとロービームを併用した場合の路面照度分布を示す平面図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｄ）は固定鏡の設計例を示す部分断面図である。
【図１３】固定鏡の配置により垂直光度分布が変化する様子を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００２３】
＜車両用照明システム＞
まず、車両に搭載されて配向制御を行う車両用照明システムについて説明する。車両用照明システムは、車両に設置された配光可変ヘッドランプを用いて配光制御を行う。本実施の形態は、この配光可変ヘッドランプに、本発明の車両用照明装置を適用したものである。
【００２４】
図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態に係る配光可変ヘッドランプを車両に搭載した状態を示す図である。図１（Ａ）は、車両の平面図である。詳しくは、ルーフが省略された車両を上方から見たときの平面図である。図１（Ｂ）は、車両の側面図である。
【００２５】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、車両１００の前端部の両サイドには、配光可変ヘッドランプ１２Ａ、１２Ｂが、左右対称に設置されている。車両前方に向かって右側に配光可変ヘッドランプ１２Ａが設置され、左側に配光可変ヘッドランプ１２Ｂが設置されている。以下では「配光可変ヘッドランプ１２」と総称する。また、配光可変ヘッドランプ１２Ａに近接してカメラ１８Ａが設置され、配光可変ヘッドランプ１２Ｂに近接してカメラ１８Ｂが設置されている。以下では「カメラ１８」と総称する。
【００２６】
図２は、車両用照明システムの電気的構成を示すブロック図である。図２に示すように、車両用照明システム１０は、車両に設置された配光可変ヘッドランプ１２を含んで構成されている。配光可変ヘッドランプ１２は、ヘッドランプドライバ２０を介して配光制御部１４に接続されている。配光制御部１４により、配光可変ヘッドランプ１２の点灯や消灯が制御される。
【００２７】
配光制御部１４は、ＣＰＵ１４Ａ、ＲＡＭ１４Ｂ、ＲＯＭ１４Ｃ、及びＩ／Ｏ１４Ｄを含むマイクロコンピュータで構成されている。ＲＯＭ１４Ｃには、配光制御を行うためのテーブルやプログラム等が記憶されている。ＲＡＭ１４Ｂは、ＣＰＵ１４Ａが各種演算等を行う際にワークエリアとして使用される。
【００２８】
Ｉ／Ｏ１４Ｄには、スイッチ１６、カメラ１８、及びヘッドランプドライバ２０が接続されている。スイッチ１６は、配光可変ヘッドランプ１２のオンオフを指示すると共に、ロービームとハイビームを指示し、指示結果を配光制御部１４に出力する。また、車両に設置されたカメラ１８は、車両前方の画像を撮影して、撮影結果を配光制御部１４に出力する。
【００２９】
配光制御部１４は、スイッチ１６の状態に応じて、ヘッドランプドライバ２０を制御して、配光可変ヘッドランプ１２の点灯及び消灯を行う。また、配光制御部１４は、カメラ１８の撮影画像を解析して配光パターンを設定し、設定された配光パターンに応じて配光可変ヘッドランプ１２の配光を制御する。例えば、次に説明するように、対向車両が検出された場合には、配光制御により幻惑を低減する。
【００３０】
図３は、車両照明システムの幻惑低減動作を説明するための模式図である。配光可変ヘッドランプ１２は、車両前方の投光領域３２に光を投光する。カメラ１８の撮影画像から車両前方に対向車両３０が検出されると、配光制御部１４は、幻惑が低減されるように配光可変ヘッドランプ１２の配光を制御する。配光制御部１４は、対向車両３０に対応する遮蔽領域３４に光が照射されないように配光パターンを設定し、この配光パターンに応じて配光可変ヘッドランプ１２の配光を制御する。配光パターンは、視認性が高く且つ対向車両への幻惑が低減されるように設定される。
【００３１】
＜車両用照明装置＞
（配光可変ヘッドランプの構成）
次に、車両用照明装置としての配光可変ヘッドランプ１２について説明する。図４は本実施の形態に係る配光可変ヘッドランプの構成を示す概略図である。図４に示すように、配光可変ヘッドランプ１２は、光源４０、反射器４２、反射性方向変換器４４、投光レンズ４６及び光吸収体４８を備えている。光源４０としては、ハロゲンランプ、ＨＩＤ（High Intensity Discharge）バルブ等と称される高輝度放電灯、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの高輝度光源を用いることができる。なお、光源４０は、配光制御部１４からの制御信号に基づいて、ヘッドランプドライバ２０により駆動される（図２参照）。
【００３２】
反射器４２は、凹面型の球面鏡である。光源４０は、反射器４２の内部に配置されている。光源４０から射出された光は、反射器４２で反射されて、反射性方向変換器４４の表面に照射される。反射性方向変換器４４は、後述する通り、複数の微小可動鏡と固定鏡とで構成されている。反射性方向変換器４４に照射された光は、複数の微小可動鏡及び固定鏡の何れかで反射される。複数の微小可動鏡の各々は、独立に駆動されてオン状態又はオフ状態とされる。
【００３３】
オン状態の微小可動鏡又は固定鏡で反射された光は、一点鎖線で示す光路Ｌｏｎを通って投光レンズ４６に入射する。投光レンズ４６は、入射した光を車両前方に投光する。配光可変ヘッドランプ１２は、投光レンズ４６を通過した光により、車両前方を照明する。一方、オフ状態の微小可動鏡で反射された光は、二点鎖線で示す光路Ｌｏｆｆを通って光吸収体４８に照射される。光吸収体４８は、照射された光を吸収する。
【００３４】
配光可変ヘッドランプ１２は、ハイビーム及びロービームの何れでもよい。ハイビームは、車両前方を遠くまで照明することができ、夜間のヘッドライトとして使用される。ロービームは、ハイビームより下方向を照明するように構成されている。本実施の形態では、ハイビーム用のヘッドランプを、配光可変ヘッドランプ１２で構成した場合について説明する。従って、遮蔽領域が無い配光パターンの場合は、通常のヘッドランプのハイビームに相当する光が照射される。
【００３５】
また、配光制御を行わない場合、オン状態及びオフ状態の何れの状態でもない微小可動鏡で反射された光は、その一部が投光レンズ４６を通過する。従って、配光制御を行わない場合には、配光可変ヘッドランプ１２を、通常のハイビーム用のヘッドランプとして使用できる。
【００３６】
（反射性方向変換器の構成）
次に、反射性方向変換器４４の詳細な構成について説明する。図５（Ａ）〜（Ｅ）は、図４に示す反射性方向変換器４４の構成を示す図である。図５（Ａ）は反射性方向変換器を上側から見たときの平面図である。図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＡ-Ａ線での断面図であり、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のＢ-Ｂ線での断面図である。図５（Ｄ）は図５（Ｂ）に示す領域Ｙの部分を拡大して示す断面図であり、図５（Ｅ）は図５（Ａ）に示す領域Ｘの部分を拡大して示す平面図である。
【００３７】
図５（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、反射性方向変換器４４は、半導体基板５０、空間光変調器としてのＭＥＭＳミラーアレイ５２及び固定鏡５４を備えている。ＭＥＭＳミラーアレイ５２は、平面視が矩形状に構成されている。ＭＥＭＳミラーアレイ５２は、二次元状に配列された複数の微小可動鏡６０を有している。複数の微小可動鏡６０の各々は、半導体プロセスにより半導体基板５０上に形成されている。
【００３８】
複数の微小可動鏡６０の各々は、反射面としてマイクロミラー６２を有している。マイクロミラー６２は、オン状態で第１の角度で傾けられ、オフ状態で第２の角度で傾けられる。例えば、ＭＥＭＳミラーアレイ５２では、１６μｍ×１６μｍのマイクロミラー６２が、１７μｍのピッチで配列されていてもよい。また、ＭＥＭＳミラーアレイ５２は、数十万個のマイクロミラー６２で構成されていてもよい。
【００３９】
固定鏡５４は、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の周囲に、ＭＥＭＳミラーアレイ５２と隣接するように配置されている。固定鏡５４は、オン状態のマイクロミラー６２と同様に、第１の角度で傾けられた反射面を有している。従って、固定鏡５４で反射された光は、常に投光レンズ４６を通過して、車両前方に投光される。これにより、ＭＥＭＳミラーアレイ５２を大型化することなく、投光領域を拡げることができる。
【００４０】
固定鏡５４は、１枚の鏡でもよいし、複数枚に分割されていてもよい。また、固定鏡５４は、ＭＥＭＳミラーアレイ５２を平面視したときに、半導体基板５０上に収まるように配置されていてもよく、半導体基板５０からはみ出すように配置されていてもよい。
【００４１】
図５（Ａ）に示す例では、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の四方を囲むように、４枚の固定鏡５４が配置されている。４枚の固定鏡５４の各々は、半導体基板５０からはみ出すように配置されている。ＭＥＭＳミラーアレイ５２の上側に固定鏡５４Ａが配置され、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の右側及び左側に固定鏡５４Ｂが配置され、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の下側に固定鏡５４Ｃが配置されている。以下では、固定鏡５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃを区別する必要が無い場合には、「固定鏡５４」と総称する。
【００４２】
ここで、微小可動鏡６０の詳細な構成について説明する。図６（Ａ）は、微小可動鏡の構成を示す斜視図である。また、図６（Ｂ）は微小可動鏡がオン状態である場合を示し、図６（Ｃ）は微小可動鏡がオフ状態である場合を示す。なお、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の複数の微小可動鏡６０の各々は、配光制御部１４からの制御信号に基づいて、ヘッドランプドライバ２０により駆動される（図２参照）。
【００４３】
図６（Ａ）に示すように、微小可動鏡６０は、マイクロミラー６２、支柱６３、メモリセル６４、支持梁６５、支柱６６、固定電極６７Ａ、固定電極６７Ｂ及び可動電極６８を備えている。微小可動鏡６０全体はモノリシック（一体型）に構成されている。メモリセル６４の表面には、固定電極６７Ａ及び固定電極６７Ｂが配置されている。マイクロミラー６２は、２本の支柱６６により可動電極６８に固定されている。可動電極６８は、固定電極６７Ａ及び６７Ｂと離間するように、支柱６３によりメモリセル６４の上方に配置されている。また、可動電極６８は、支柱６３から延びた２本の支持梁６５により、回転可能に支持されている。マイクロミラー６２の表面には、アルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。
【００４４】
微小可動鏡６０のメモリセル６４にデジタル信号が書き込まれると、固定電極６７Ａ及び固定電極６７Ｂの何れか一方に電圧が印加される。固定電極６７Ａ又は固定電極６７Ｂに電圧が印加されると、可動電極６８と電圧が印加された固定電極との間に静電気力が発生する。この静電気力により、可動電極６８が、支持梁６５の周りに矢印で示す方向に回転して、予め定めた角度で傾けられる。この結果、可動電極６８に固定されたマイクロミラー６２は、半導体基板５０の法線６５に対して＋α度又は−α度だけ傾けられる。例えば、±α度は、±１０度としてもよい。
【００４５】
図６（Ｂ）に示すように、微小可動鏡６０がオン状態では、図面手前側の固定電極６７Ａに電圧が印加されて、マイクロミラー６２は法線６５に対して＋α度だけ傾けられる。＋α度だけ傾けられたマイクロミラー６２で反射された光は、図４に示すように、一点鎖線で示す光路Ｌｏｎを通って投光レンズ４６に入射する。また、図６（Ｃ）に示すように、微小可動鏡６０がオフ状態では、図面奥側の固定電極６７Ｂに電圧が印加されて、マイクロミラー６２は法線６５に対して−α度だけ傾けられる。−α度だけ傾けられたマイクロミラー６２で反射された光は、図４に示すように、二点鎖線で示す光路Ｌｏｆｆを通って光吸収体４８に照射される。
【００４６】
なお、図６（Ａ）に示す例は、静電気力によりマイクロミラーが回転する静電気式の微小可動鏡であるが、静電気力の代わりに電磁力や圧電素子を用いた構造の微小可動鏡を用いてもよい。
【００４７】
（固定鏡の他の配置例）
次に、固定鏡の他の配置例について説明する。図５（Ａ）に示す例では、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の四方を囲むように４枚の固定鏡５４を配置する配置例について説明したが、固定鏡の配置はこれに限定される訳ではない。固定鏡５４は、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の周囲の一部に配置されていてもよい。図７（Ａ）に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の左右両側だけに２枚の固定鏡５４Ｂを配置してもよい。また、図７（Ｂ）に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の上側だけに１枚の固定鏡５４Ａを配置してもよい。
【００４８】
また、固定鏡５４は、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の周囲に配置されていればよい。図５に示す例では、平面視が矩形状のＭＥＭＳミラーアレイ５２を用いている。換言すれば、複数の微小可動鏡６０は、反射性方向変換器４４の表面の矩形状領域に配列されている。しかしながら、ＭＥＭＳミラーアレイ５２は、平面視が矩形状の構造に限定される訳ではない。
【００４９】
光源４０から射出された光は、反射器４２で反射されて、この矩形状領域に照射される（図４参照）。反射性方向変換器４４の表面での位置は、投光領域の遠方に在る仮想面内の位置に対応している（図３参照）。投光レンズ４６による損失が無視できるとすると、反射性方向変換器４４の表面における照度分布が、遠方での光度分布になる。
【００５０】
反射性方向変換器４４の表面における照度分布に応じて、照度の高い中央領域に微小可動鏡６０が配置され、矩形の角部等、照度の低い周辺領域に固定鏡５４が配置されるように、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の形状を適宜変更してもよい。例えば、図８（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイ５２を矩形の四隅が欠けた形状としてもよい。照度の低い角部には、微小可動鏡６０に代えて固定鏡５４を配置する。
【００５１】
図８（Ａ）に示すように、平面視が十字状のＭＥＭＳミラーアレイ５２を用いて、４つの角部の各々に矩形状の固定鏡５４Ｄを配置してもよい。図８（Ｂ）に示すように、平面視が略六角形のＭＥＭＳミラーアレイ５２を用いて、４つの角部の各々に階段状の固定鏡５４Ｅを配置してもよい。図８（Ｃ）に示すように、平面視が略六角形のＭＥＭＳミラーアレイ５２を用いて、４つの角部の各々に三角形の固定鏡５４Ｆを配置してもよい。図８（Ｄ）に示すように、平面視が長円のＭＥＭＳミラーアレイ５２を用いて、４つの角部の各々に略三角形の固定鏡５４Ｇを配置してもよい。
【００５２】
（投光領域の左右両側への拡大）
次に、固定鏡により投光領域が水平方向に拡大する原理について説明する。図９は、固定鏡の配置により水平光度分布が変化する様子を示すグラフである。横軸は水平画角（単位：度）を表す。縦軸は１灯分の光度（単位：カンデラ（ｃｄ））を表す。また、実線はＭＥＭＳミラーアレイ５２のみを用いた場合を表す。破線はＭＥＭＳミラーアレイ５２の左右両側に固定鏡５４が配置された配光可変ヘッドランプ１２を用いた場合を表す（図７（Ａ）参照）。配光可変ヘッドランプ１２は、通常のハイビーム用のヘッドランプとして使用されている。配光可変ヘッドランプ１２を用いた場合を「元のハイビーム／固定鏡ありの場合」と表示している。
【００５３】
図９に破線で示すように、現行ヘッドランプのハイビームは、画角の正面方向にのみ非常に光度が高く、周囲に行くに従い急激に光度が低下するような分布を有している。光の広がり角度は、水平方向に±１５度程度である。しかしながら、水平方向に±１０度程度において、すでに光度はピーク値の１／２０程度しかない。この程度の光度であれば、幻惑の原因にはなりにくい。換言すれば、水平方向の±１０度より外側においては、配光制御を行う必要はあまりない。従って、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の必要最低限の横幅は、投光レンズ４６の焦点面における水平方向の±１０度分に相当する幅となる。
【００５４】
上述した通り、水平方向に±１０度の位置では、光度はかなり低下しているが、完全に０ではない。このため、ＭＥＭＳミラーアレイ５２を水平方向の±１０度分に相当する幅に配置しただけでは、投光される光の光度は、図９に実線で示すように、水平方向に±１０度の位置で不連続に変化することになる。路面や道路上の構造物に光が照射されると、投光領域と投光領域外側との境界が明確となり、ドライバーに違和感を与えてしまう。
【００５５】
そこで、図７（Ａ）に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の左右両側に、オン状態のマイクロミラー６２と同じ角度で傾けられた反射面を有する固定鏡５４を配置する。固定鏡５４を配置したことにより、投光領域が左右両側に拡げられる。詳しくは、水平方向の±１０度よりも外側には常に弱い光が投光されて、投光領域の外側に向かってなだらかに繋がる。このため、投光領域と投光領域外側との境界は目立たなくなり、違和感のない照明を実現することができる。また、歩道や路肩を常時照明して安全性の高い照明を実現することができる。
【００５６】
（投光領域の下方向への拡大）
次に、固定鏡により投光領域が下方向に拡大する様子について説明する。図１０は、固定鏡で投光領域を下方向に拡大する場合の路面照度分布を示す平面図である。路面照度分布は、車両１００の前方に在る路面を約２００ｍ先までヘッドランプで照明した場合の照度分布である。路面照度が高いほど濃い色で表示されている。
【００５７】
配光可変ヘッドランプ１２では、対向車両への幻惑を防止するために、遮蔽領域を有する配光パターンを設定することができる（図３参照）。投光領域のうち垂直方向の画角が０度以下（少し余裕を見て−１度以下）の領域については、通常、光は路面を照らし、対向車両のドライバーを照射するとは考え難い。
【００５８】
従って、投光レンズ４６の焦点面において、ＭＥＭＳミラーアレイ５２が縦方向に必要とする領域（必要最低限な領域）は、垂直−１度分に相当する領域である。しかしながら、この領域にＭＥＭＳミラーアレイを配置しただけでは、図１０の上側に示すように、路面照度分布で見ると、近距離領域（約４０ｍ以内の領域）が照明されず、非常に不自然である。
【００５９】
これに対し、図７（Ｂ）に示すように、垂直−１度より下側に対応する領域、即ち、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の上側に、オン状態のマイクロミラー６２と同じ角度で傾けられた反射面を有する固定鏡５４を配置する。固定鏡５４を配置したことにより、投光領域が下方向に拡げられる。即ち、図１０の下側に示すように、近距離領域から遠距離領域までが照明された、通常のハイビームと同等の自然な路面照度分布を得ることができる。
【００６０】
（ハイビームとロービームを併用）
次に、ハイビームとロービームを併用した場合の効果について説明する。ここでは、配光可変ヘッドランプ１２はハイビーム用として使用されている。図１１は、ハイビームとロービームを併用した場合の路面照度分布を示す平面図である。図１１に示すように、近距離領域の視認性をより高めるために、配光可変ヘッドランプ１２の使用時に照射画角の広いロービームを併用してもよい。
【００６１】
この場合にも、垂直−１度分に相当する領域にＭＥＭＳミラーアレイ５２を配置しただけでは、図１１の上側に示すように、ハイビーム照射部分とロービーム照射部分との境界において、照度ギャップが生じて不自然である。投光領域が下方向に拡大する場合と同様に、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の上側に固定鏡５４を配置して、垂直方向に−３度まで投光領域を広げると、図１１の下側に示すように、照度ギャップをなくすことができる。例えば、最も路面照度が高い濃い色の領域は、図１１の上側では２つの領域に分かれている（照度ギャップがある）が、図１１の下側では１つの領域となる（照度ギャップが解消される）。
【００６２】
（固定鏡の設計例）
次に、固定鏡の設計例について説明する。図１２（Ａ）〜（Ｄ）は、固定鏡の設計例を示す部分断面図である。図１３は、固定鏡の配置により垂直光度分布が変化する様子を示すグラフである。横軸は垂直画角（単位：度）を表す。縦軸は１灯分の光度（単位：カンデラ（ｃｄ））を表す。また、実線は反射性方向変換器４４の表面上での照度分布を表す。この実線で示す場合を「ＭＥＭＳ面上での照度分布」と表示している。破線は遠方における光度分布を表す。
【００６３】
図１２（Ａ）に示すように、反射側の表面ＲＡが平面状の固定鏡５４Ａとしてもよい。平面状の表面ＲＡは、オン状態のマイクロミラー６２と同じ角度で傾けられた反射面とされる。また、図１２（Ｂ）に示すように、反射側の表面ＲＨが鋸歯状の固定鏡５４Ｈとしてもよい。鋸歯状の表面ＲＨの複数の斜面の各々は、オン状態のマイクロミラー６２と同じ角度で傾けられた反射面とされる。表面ＲＨが鋸歯状の固定鏡５４Ｈでは、表面ＲＡが平面状の固定鏡５４Ａに比べて、固定鏡を薄型化することができる。
【００６４】
図１２（Ｃ）に示すように、反射側の表面ＲＩが凸面状の固定鏡５４Ｉとしてもよい。凸面状の表面ＲＩは、ＭＥＭＳミラーアレイ５２と接する部分に、オン状態のマイクロミラー６２と同じ角度で傾けられた反射面を有している。即ち、凸面状の表面ＲＩの傾斜角度は、ＭＥＭＳミラーアレイ５２と隣接する部分では、オン状態のマイクロミラー６２と同じ角度である。そして、凸面状の表面ＲＩの傾斜角度は、ＭＥＭＳミラーアレイ５２から離れるほど、オフ状態のマイクロミラー６２と同じ角度に変化する。
【００６５】
反射側の表面ＲＩが凸面状の固定鏡５４Ｉを、垂直−１度より下側に対応する領域、即ち、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の上側に配置すると、図１３に破線で示すように、遠方の下方向において、反射性方向変換器４４の表面上での照度分布よりも、急激に暗くなる（光度が低下する）光度分布となる。図１２（Ｄ）に示すように、反射側の表面ＲＪが凸面状で且つ鋸歯状の固定鏡５４Ｊとしても、図１２（Ｃ）に示す凸面状の固定鏡５４Ｉと同様に、反射性方向変換器４４の表面上での照度分布と異なる光度分布を得ることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 車両用照明システム
１２ 配光可変ヘッドランプ
１４ 配光制御部
１６ スイッチ
１８ カメラ
２０ ヘッドランプドライバ
３０ 対向車両
３２ 投光領域
３４ 遮蔽領域
４０ 光源
４２ 反射器
４４ 反射性方向変換器
４６ 投光レンズ
４８ 光吸収体
５０ 半導体基板
５２ ミラーアレイ
５４ 固定鏡
６０ 微小可動鏡
６２ マイクロミラー
６４ メモリセル
６５ 法線
６６ 支柱
６８Ａ 可動電極
６８Ｂ 固定電極
１００ 車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配光を変更可能な車両用照明装置が種々知られている。
【０００３】
特許文献１には、少なくとも１つの光源と反射器とを有し、該反射器によっては前記少なくとも１つの光源から送出された光が反射され、更に少なくとも１つの光源により反射された光の光路中に配置された反射性方向変換装置を有し、該方向変換装置によっては該方向変換装置に当たる光が、照明装置から出射する光束を形成するように反射可能である車両用照明装置が記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載の車両用照明装置は、前記方向変換装置が多数の個々の反射性素子を有し、該反射性素子は相互に無関係に少なくとも２つの所定位置間で可動であることを特徴とする。即ち、複数の微小可動鏡を備えた反射性方向変換器（ＭＥＭＳミラーアレイ）を用いて、車両用照明装置（ヘッドランプ）の配光を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１０４２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
視認性の向上を図るために、車両用照明装置の投光領域を拡げることが望まれる。特許文献１に記載の車両用照明装置において投光領域を拡げようとすると、ＭＥＭＳミラーアレイの微小可動鏡の個数を増やすしかない。光源の輝度には上限値がある。投光領域で所望の光度を得るために、個々の微小可動鏡の反射面の面積は、一定面積（下限値）より小さくすることができない。このため、特許文献１に記載の車両用照明装置では、投光領域を拡げようとすると、微小可動鏡の個数が増加して、ＭＥＭＳミラーアレイが大型化するという問題が生じる。
【０００７】
ＭＥＭＳミラーアレイの大型化は、個々のＭＥＭＳミラーアレイに使用される半導体回路基板（半導体チップ）の大型化を招く。半導体回路基板の大型化は、大面積露光が可能な半導体露光装置の導入など製造ラインの変更にも繋がる。従って、ＭＥＭＳミラーアレイが大型化すると、製造歩留まりが低下する、製造コストが急激に上昇する等、副次的な問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、複数の微小可動鏡を備えたＭＥＭＳミラーアレイで配光を制御する車両用照明装置において、ＭＥＭＳミラーアレイを大型化することなく、簡易な構成で投光領域を拡げることができる車両用照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、光を照射する光照射部と、独立に駆動されて第１の角度又は第２の角度で傾く反射面を有し且つ基板上に配列された複数の微小可動鏡と、前記第１の角度で傾けられた反射面を有し且つ前記複数の微小可動鏡の周囲に隣接して配置された固定鏡とを有し、前記光照射部から照射された光を前記複数の微小可動鏡又は前記固定鏡により反射して当該光の進行方向を変換する反射性方向変換器と、前記第１の角度で傾けられた微小可動鏡及び固定鏡により反射された反射光の光路上に配置され、入射した光を車両前方に投光する投光部と、を備えた車両用照明装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記固定鏡が、前記複数の微小可動鏡の上側に隣接して配置された、請求項１に記載の車両用照明装置である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記固定鏡が、前記複数の微小可動鏡の右側及び左側に隣接して配置された、請求項１又は２に記載の車両用照明装置である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記複数の微小可動鏡が配列される領域を、前記光照射部から前記反射性方向変換器に光が照射される領域に応じて設定した、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の車両用照明装置である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記固定鏡は、反射側の表面が鋸歯状であり、前記第１の角度で傾けられた複数の反射面を有する、請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の車両用照明装置である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記固定鏡は、反射側の表面が凸面状であり、前記複数の微小可動鏡と接する部分に前記第１の角度で傾けられた反射面を有する、請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の車両用照明装置である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、複数の微小可動鏡を備えたＭＥＭＳミラーアレイで配光を制御する車両用照明装置において、ＭＥＭＳミラーアレイを大型化することなく、簡易な構成で投光領域を拡げることができる、という効果がある。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、固定鏡により投光領域を下方向に拡げることができ、車両前方の近距離領域を照明して違和感のない照明を実現することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、固定鏡により投光領域を左右両側に拡げることができ、投光領域と投光領域外側との境界が目立たないようにして、違和感のない照明を実現することができる。また、歩道や路肩を常時照明して安全性の高い照明を実現することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、光度の高い投光領域でだけ、複数の微小可動鏡により配向を制御することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、固定鏡を薄型化することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、反射性方向変換器上での照度分布とは異なる光度分布を、車両の遠方において得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（Ａ）は本発明の実施の形態に係る車両用照明装置（配光可変ヘッドランプ）を車両に搭載した状態を示す平面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図２】車両用照明システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】車両用照明システムの幻惑低減動作を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る配光可変ヘッドランプの構成を示す概略図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は図４に示す反射性方向変換器の構成を示す図である。（Ａ）は反射性方向変換器を上側から見たときの平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ-Ａ’線での断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＢ-Ｂ’線での断面図である。（Ｄ）は（Ｂ）に示す領域Ｙの部分を拡大して示す断面図であり、（Ｅ）は（Ａ）に示す領域Ｘの部分を拡大して示す平面図である。
【図６】（Ａ）は微小可動鏡の構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す微小可動鏡がオン状態である場合を示し、（Ｃ）は（Ａ）に示す微小可動鏡がオフ状態である場合を示す。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は固定鏡の他の配置例を示す平面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｄ）はＭＥＭＳミラーアレイの形状に応じた固定鏡の配置を示す平面図である。
【図９】固定鏡の配置により水平光度分布が変化する様子を示すグラフである。
【図１０】固定鏡で投光領域を下方向に拡大する場合の路面照度分布を示す平面図である。
【図１１】ハイビームとロービームを併用した場合の路面照度分布を示す平面図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｄ）は固定鏡の設計例を示す部分断面図である。
【図１３】固定鏡の配置により垂直光度分布が変化する様子を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００２３】
＜車両用照明システム＞
まず、車両に搭載されて配向制御を行う車両用照明システムについて説明する。車両用照明システムは、車両に設置された配光可変ヘッドランプを用いて配光制御を行う。本実施の形態は、この配光可変ヘッドランプに、本発明の車両用照明装置を適用したものである。
【００２４】
図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態に係る配光可変ヘッドランプを車両に搭載した状態を示す図である。図１（Ａ）は、車両の平面図である。詳しくは、ルーフが省略された車両を上方から見たときの平面図である。図１（Ｂ）は、車両の側面図である。
【００２５】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、車両１００の前端部の両サイドには、配光可変ヘッドランプ１２Ａ、１２Ｂが、左右対称に設置されている。車両前方に向かって右側に配光可変ヘッドランプ１２Ａが設置され、左側に配光可変ヘッドランプ１２Ｂが設置されている。以下では「配光可変ヘッドランプ１２」と総称する。また、配光可変ヘッドランプ１２Ａに近接してカメラ１８Ａが設置され、配光可変ヘッドランプ１２Ｂに近接してカメラ１８Ｂが設置されている。以下では「カメラ１８」と総称する。
【００２６】
図２は、車両用照明システムの電気的構成を示すブロック図である。図２に示すように、車両用照明システム１０は、車両に設置された配光可変ヘッドランプ１２を含んで構成されている。配光可変ヘッドランプ１２は、ヘッドランプドライバ２０を介して配光制御部１４に接続されている。配光制御部１４により、配光可変ヘッドランプ１２の点灯や消灯が制御される。
【００２７】
配光制御部１４は、ＣＰＵ１４Ａ、ＲＡＭ１４Ｂ、ＲＯＭ１４Ｃ、及びＩ／Ｏ１４Ｄを含むマイクロコンピュータで構成されている。ＲＯＭ１４Ｃには、配光制御を行うためのテーブルやプログラム等が記憶されている。ＲＡＭ１４Ｂは、ＣＰＵ１４Ａが各種演算等を行う際にワークエリアとして使用される。
【００２８】
Ｉ／Ｏ１４Ｄには、スイッチ１６、カメラ１８、及びヘッドランプドライバ２０が接続されている。スイッチ１６は、配光可変ヘッドランプ１２のオンオフを指示すると共に、ロービームとハイビームを指示し、指示結果を配光制御部１４に出力する。また、車両に設置されたカメラ１８は、車両前方の画像を撮影して、撮影結果を配光制御部１４に出力する。
【００２９】
配光制御部１４は、スイッチ１６の状態に応じて、ヘッドランプドライバ２０を制御して、配光可変ヘッドランプ１２の点灯及び消灯を行う。また、配光制御部１４は、カメラ１８の撮影画像を解析して配光パターンを設定し、設定された配光パターンに応じて配光可変ヘッドランプ１２の配光を制御する。例えば、次に説明するように、対向車両が検出された場合には、配光制御により幻惑を低減する。
【００３０】
図３は、車両照明システムの幻惑低減動作を説明するための模式図である。配光可変ヘッドランプ１２は、車両前方の投光領域３２に光を投光する。カメラ１８の撮影画像から車両前方に対向車両３０が検出されると、配光制御部１４は、幻惑が低減されるように配光可変ヘッドランプ１２の配光を制御する。配光制御部１４は、対向車両３０に対応する遮蔽領域３４に光が照射されないように配光パターンを設定し、この配光パターンに応じて配光可変ヘッドランプ１２の配光を制御する。配光パターンは、視認性が高く且つ対向車両への幻惑が低減されるように設定される。
【００３１】
＜車両用照明装置＞
（配光可変ヘッドランプの構成）
次に、車両用照明装置としての配光可変ヘッドランプ１２について説明する。図４は本実施の形態に係る配光可変ヘッドランプの構成を示す概略図である。図４に示すように、配光可変ヘッドランプ１２は、光源４０、反射器４２、反射性方向変換器４４、投光レンズ４６及び光吸収体４８を備えている。光源４０としては、ハロゲンランプ、ＨＩＤ（High Intensity Discharge）バルブ等と称される高輝度放電灯、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの高輝度光源を用いることができる。なお、光源４０は、配光制御部１４からの制御信号に基づいて、ヘッドランプドライバ２０により駆動される（図２参照）。
【００３２】
反射器４２は、凹面型の球面鏡である。光源４０は、反射器４２の内部に配置されている。光源４０から射出された光は、反射器４２で反射されて、反射性方向変換器４４の表面に照射される。反射性方向変換器４４は、後述する通り、複数の微小可動鏡と固定鏡とで構成されている。反射性方向変換器４４に照射された光は、複数の微小可動鏡及び固定鏡の何れかで反射される。複数の微小可動鏡の各々は、独立に駆動されてオン状態又はオフ状態とされる。
【００３３】
オン状態の微小可動鏡又は固定鏡で反射された光は、一点鎖線で示す光路Ｌｏｎを通って投光レンズ４６に入射する。投光レンズ４６は、入射した光を車両前方に投光する。配光可変ヘッドランプ１２は、投光レンズ４６を通過した光により、車両前方を照明する。一方、オフ状態の微小可動鏡で反射された光は、二点鎖線で示す光路Ｌｏｆｆを通って光吸収体４８に照射される。光吸収体４８は、照射された光を吸収する。
【００３４】
配光可変ヘッドランプ１２は、ハイビーム及びロービームの何れでもよい。ハイビームは、車両前方を遠くまで照明することができ、夜間のヘッドライトとして使用される。ロービームは、ハイビームより下方向を照明するように構成されている。本実施の形態では、ハイビーム用のヘッドランプを、配光可変ヘッドランプ１２で構成した場合について説明する。従って、遮蔽領域が無い配光パターンの場合は、通常のヘッドランプのハイビームに相当する光が照射される。
【００３５】
また、配光制御を行わない場合、オン状態及びオフ状態の何れの状態でもない微小可動鏡で反射された光は、その一部が投光レンズ４６を通過する。従って、配光制御を行わない場合には、配光可変ヘッドランプ１２を、通常のハイビーム用のヘッドランプとして使用できる。
【００３６】
（反射性方向変換器の構成）
次に、反射性方向変換器４４の詳細な構成について説明する。図５（Ａ）〜（Ｅ）は、図４に示す反射性方向変換器４４の構成を示す図である。図５（Ａ）は反射性方向変換器を上側から見たときの平面図である。図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＡ-Ａ線での断面図であり、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のＢ-Ｂ線での断面図である。図５（Ｄ）は図５（Ｂ）に示す領域Ｙの部分を拡大して示す断面図であり、図５（Ｅ）は図５（Ａ）に示す領域Ｘの部分を拡大して示す平面図である。
【００３７】
図５（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、反射性方向変換器４４は、半導体基板５０、空間光変調器としてのＭＥＭＳミラーアレイ５２及び固定鏡５４を備えている。ＭＥＭＳミラーアレイ５２は、平面視が矩形状に構成されている。ＭＥＭＳミラーアレイ５２は、二次元状に配列された複数の微小可動鏡６０を有している。複数の微小可動鏡６０の各々は、半導体プロセスにより半導体基板５０上に形成されている。
【００３８】
複数の微小可動鏡６０の各々は、反射面としてマイクロミラー６２を有している。マイクロミラー６２は、オン状態で第１の角度で傾けられ、オフ状態で第２の角度で傾けられる。例えば、ＭＥＭＳミラーアレイ５２では、１６μｍ×１６μｍのマイクロミラー６２が、１７μｍのピッチで配列されていてもよい。また、ＭＥＭＳミラーアレイ５２は、数十万個のマイクロミラー６２で構成されていてもよい。
【００３９】
固定鏡５４は、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の周囲に、ＭＥＭＳミラーアレイ５２と隣接するように配置されている。固定鏡５４は、オン状態のマイクロミラー６２と同様に、第１の角度で傾けられた反射面を有している。従って、固定鏡５４で反射された光は、常に投光レンズ４６を通過して、車両前方に投光される。これにより、ＭＥＭＳミラーアレイ５２を大型化することなく、投光領域を拡げることができる。
【００４０】
固定鏡５４は、１枚の鏡でもよいし、複数枚に分割されていてもよい。また、固定鏡５４は、ＭＥＭＳミラーアレイ５２を平面視したときに、半導体基板５０上に収まるように配置されていてもよく、半導体基板５０からはみ出すように配置されていてもよい。
【００４１】
図５（Ａ）に示す例では、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の四方を囲むように、４枚の固定鏡５４が配置されている。４枚の固定鏡５４の各々は、半導体基板５０からはみ出すように配置されている。ＭＥＭＳミラーアレイ５２の上側に固定鏡５４Ａが配置され、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の右側及び左側に固定鏡５４Ｂが配置され、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の下側に固定鏡５４Ｃが配置されている。以下では、固定鏡５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃを区別する必要が無い場合には、「固定鏡５４」と総称する。
【００４２】
ここで、微小可動鏡６０の詳細な構成について説明する。図６（Ａ）は、微小可動鏡の構成を示す斜視図である。また、図６（Ｂ）は微小可動鏡がオン状態である場合を示し、図６（Ｃ）は微小可動鏡がオフ状態である場合を示す。なお、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の複数の微小可動鏡６０の各々は、配光制御部１４からの制御信号に基づいて、ヘッドランプドライバ２０により駆動される（図２参照）。
【００４３】
図６（Ａ）に示すように、微小可動鏡６０は、マイクロミラー６２、支柱６３、メモリセル６４、支持梁６５、支柱６６、固定電極６７Ａ、固定電極６７Ｂ及び可動電極６８を備えている。微小可動鏡６０全体はモノリシック（一体型）に構成されている。メモリセル６４の表面には、固定電極６７Ａ及び固定電極６７Ｂが配置されている。マイクロミラー６２は、２本の支柱６６により可動電極６８に固定されている。可動電極６８は、固定電極６７Ａ及び６７Ｂと離間するように、支柱６３によりメモリセル６４の上方に配置されている。また、可動電極６８は、支柱６３から延びた２本の支持梁６５により、回転可能に支持されている。マイクロミラー６２の表面には、アルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。
【００４４】
微小可動鏡６０のメモリセル６４にデジタル信号が書き込まれると、固定電極６７Ａ及び固定電極６７Ｂの何れか一方に電圧が印加される。固定電極６７Ａ又は固定電極６７Ｂに電圧が印加されると、可動電極６８と電圧が印加された固定電極との間に静電気力が発生する。この静電気力により、可動電極６８が、支持梁６５の周りに矢印で示す方向に回転して、予め定めた角度で傾けられる。この結果、可動電極６８に固定されたマイクロミラー６２は、半導体基板５０の法線６５に対して＋α度又は−α度だけ傾けられる。例えば、±α度は、±１０度としてもよい。
【００４５】
図６（Ｂ）に示すように、微小可動鏡６０がオン状態では、図面手前側の固定電極６７Ａに電圧が印加されて、マイクロミラー６２は法線６５に対して＋α度だけ傾けられる。＋α度だけ傾けられたマイクロミラー６２で反射された光は、図４に示すように、一点鎖線で示す光路Ｌｏｎを通って投光レンズ４６に入射する。また、図６（Ｃ）に示すように、微小可動鏡６０がオフ状態では、図面奥側の固定電極６７Ｂに電圧が印加されて、マイクロミラー６２は法線６５に対して−α度だけ傾けられる。−α度だけ傾けられたマイクロミラー６２で反射された光は、図４に示すように、二点鎖線で示す光路Ｌｏｆｆを通って光吸収体４８に照射される。
【００４６】
なお、図６（Ａ）に示す例は、静電気力によりマイクロミラーが回転する静電気式の微小可動鏡であるが、静電気力の代わりに電磁力や圧電素子を用いた構造の微小可動鏡を用いてもよい。
【００４７】
（固定鏡の他の配置例）
次に、固定鏡の他の配置例について説明する。図５（Ａ）に示す例では、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の四方を囲むように４枚の固定鏡５４を配置する配置例について説明したが、固定鏡の配置はこれに限定される訳ではない。固定鏡５４は、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の周囲の一部に配置されていてもよい。図７（Ａ）に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の左右両側だけに２枚の固定鏡５４Ｂを配置してもよい。また、図７（Ｂ）に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の上側だけに１枚の固定鏡５４Ａを配置してもよい。
【００４８】
また、固定鏡５４は、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の周囲に配置されていればよい。図５に示す例では、平面視が矩形状のＭＥＭＳミラーアレイ５２を用いている。換言すれば、複数の微小可動鏡６０は、反射性方向変換器４４の表面の矩形状領域に配列されている。しかしながら、ＭＥＭＳミラーアレイ５２は、平面視が矩形状の構造に限定される訳ではない。
【００４９】
光源４０から射出された光は、反射器４２で反射されて、この矩形状領域に照射される（図４参照）。反射性方向変換器４４の表面での位置は、投光領域の遠方に在る仮想面内の位置に対応している（図３参照）。投光レンズ４６による損失が無視できるとすると、反射性方向変換器４４の表面における照度分布が、遠方での光度分布になる。
【００５０】
反射性方向変換器４４の表面における照度分布に応じて、照度の高い中央領域に微小可動鏡６０が配置され、矩形の角部等、照度の低い周辺領域に固定鏡５４が配置されるように、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の形状を適宜変更してもよい。例えば、図８（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイ５２を矩形の四隅が欠けた形状としてもよい。照度の低い角部には、微小可動鏡６０に代えて固定鏡５４を配置する。
【００５１】
図８（Ａ）に示すように、平面視が十字状のＭＥＭＳミラーアレイ５２を用いて、４つの角部の各々に矩形状の固定鏡５４Ｄを配置してもよい。図８（Ｂ）に示すように、平面視が略六角形のＭＥＭＳミラーアレイ５２を用いて、４つの角部の各々に階段状の固定鏡５４Ｅを配置してもよい。図８（Ｃ）に示すように、平面視が略六角形のＭＥＭＳミラーアレイ５２を用いて、４つの角部の各々に三角形の固定鏡５４Ｆを配置してもよい。図８（Ｄ）に示すように、平面視が長円のＭＥＭＳミラーアレイ５２を用いて、４つの角部の各々に略三角形の固定鏡５４Ｇを配置してもよい。
【００５２】
（投光領域の左右両側への拡大）
次に、固定鏡により投光領域が水平方向に拡大する原理について説明する。図９は、固定鏡の配置により水平光度分布が変化する様子を示すグラフである。横軸は水平画角（単位：度）を表す。縦軸は１灯分の光度（単位：カンデラ（ｃｄ））を表す。また、実線はＭＥＭＳミラーアレイ５２のみを用いた場合を表す。破線はＭＥＭＳミラーアレイ５２の左右両側に固定鏡５４が配置された配光可変ヘッドランプ１２を用いた場合を表す（図７（Ａ）参照）。配光可変ヘッドランプ１２は、通常のハイビーム用のヘッドランプとして使用されている。配光可変ヘッドランプ１２を用いた場合を「元のハイビーム／固定鏡ありの場合」と表示している。
【００５３】
図９に破線で示すように、現行ヘッドランプのハイビームは、画角の正面方向にのみ非常に光度が高く、周囲に行くに従い急激に光度が低下するような分布を有している。光の広がり角度は、水平方向に±１５度程度である。しかしながら、水平方向に±１０度程度において、すでに光度はピーク値の１／２０程度しかない。この程度の光度であれば、幻惑の原因にはなりにくい。換言すれば、水平方向の±１０度より外側においては、配光制御を行う必要はあまりない。従って、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の必要最低限の横幅は、投光レンズ４６の焦点面における水平方向の±１０度分に相当する幅となる。
【００５４】
上述した通り、水平方向に±１０度の位置では、光度はかなり低下しているが、完全に０ではない。このため、ＭＥＭＳミラーアレイ５２を水平方向の±１０度分に相当する幅に配置しただけでは、投光される光の光度は、図９に実線で示すように、水平方向に±１０度の位置で不連続に変化することになる。路面や道路上の構造物に光が照射されると、投光領域と投光領域外側との境界が明確となり、ドライバーに違和感を与えてしまう。
【００５５】
そこで、図７（Ａ）に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の左右両側に、オン状態のマイクロミラー６２と同じ角度で傾けられた反射面を有する固定鏡５４を配置する。固定鏡５４を配置したことにより、投光領域が左右両側に拡げられる。詳しくは、水平方向の±１０度よりも外側には常に弱い光が投光されて、投光領域の外側に向かってなだらかに繋がる。このため、投光領域と投光領域外側との境界は目立たなくなり、違和感のない照明を実現することができる。また、歩道や路肩を常時照明して安全性の高い照明を実現することができる。
【００５６】
（投光領域の下方向への拡大）
次に、固定鏡により投光領域が下方向に拡大する様子について説明する。図１０は、固定鏡で投光領域を下方向に拡大する場合の路面照度分布を示す平面図である。路面照度分布は、車両１００の前方に在る路面を約２００ｍ先までヘッドランプで照明した場合の照度分布である。路面照度が高いほど濃い色で表示されている。
【００５７】
配光可変ヘッドランプ１２では、対向車両への幻惑を防止するために、遮蔽領域を有する配光パターンを設定することができる（図３参照）。投光領域のうち垂直方向の画角が０度以下（少し余裕を見て−１度以下）の領域については、通常、光は路面を照らし、対向車両のドライバーを照射するとは考え難い。
【００５８】
従って、投光レンズ４６の焦点面において、ＭＥＭＳミラーアレイ５２が縦方向に必要とする領域（必要最低限な領域）は、垂直−１度分に相当する領域である。しかしながら、この領域にＭＥＭＳミラーアレイを配置しただけでは、図１０の上側に示すように、路面照度分布で見ると、近距離領域（約４０ｍ以内の領域）が照明されず、非常に不自然である。
【００５９】
これに対し、図７（Ｂ）に示すように、垂直−１度より下側に対応する領域、即ち、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の上側に、オン状態のマイクロミラー６２と同じ角度で傾けられた反射面を有する固定鏡５４を配置する。固定鏡５４を配置したことにより、投光領域が下方向に拡げられる。即ち、図１０の下側に示すように、近距離領域から遠距離領域までが照明された、通常のハイビームと同等の自然な路面照度分布を得ることができる。
【００６０】
（ハイビームとロービームを併用）
次に、ハイビームとロービームを併用した場合の効果について説明する。ここでは、配光可変ヘッドランプ１２はハイビーム用として使用されている。図１１は、ハイビームとロービームを併用した場合の路面照度分布を示す平面図である。図１１に示すように、近距離領域の視認性をより高めるために、配光可変ヘッドランプ１２の使用時に照射画角の広いロービームを併用してもよい。
【００６１】
この場合にも、垂直−１度分に相当する領域にＭＥＭＳミラーアレイ５２を配置しただけでは、図１１の上側に示すように、ハイビーム照射部分とロービーム照射部分との境界において、照度ギャップが生じて不自然である。投光領域が下方向に拡大する場合と同様に、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の上側に固定鏡５４を配置して、垂直方向に−３度まで投光領域を広げると、図１１の下側に示すように、照度ギャップをなくすことができる。例えば、最も路面照度が高い濃い色の領域は、図１１の上側では２つの領域に分かれている（照度ギャップがある）が、図１１の下側では１つの領域となる（照度ギャップが解消される）。
【００６２】
（固定鏡の設計例）
次に、固定鏡の設計例について説明する。図１２（Ａ）〜（Ｄ）は、固定鏡の設計例を示す部分断面図である。図１３は、固定鏡の配置により垂直光度分布が変化する様子を示すグラフである。横軸は垂直画角（単位：度）を表す。縦軸は１灯分の光度（単位：カンデラ（ｃｄ））を表す。また、実線は反射性方向変換器４４の表面上での照度分布を表す。この実線で示す場合を「ＭＥＭＳ面上での照度分布」と表示している。破線は遠方における光度分布を表す。
【００６３】
図１２（Ａ）に示すように、反射側の表面ＲＡが平面状の固定鏡５４Ａとしてもよい。平面状の表面ＲＡは、オン状態のマイクロミラー６２と同じ角度で傾けられた反射面とされる。また、図１２（Ｂ）に示すように、反射側の表面ＲＨが鋸歯状の固定鏡５４Ｈとしてもよい。鋸歯状の表面ＲＨの複数の斜面の各々は、オン状態のマイクロミラー６２と同じ角度で傾けられた反射面とされる。表面ＲＨが鋸歯状の固定鏡５４Ｈでは、表面ＲＡが平面状の固定鏡５４Ａに比べて、固定鏡を薄型化することができる。
【００６４】
図１２（Ｃ）に示すように、反射側の表面ＲＩが凸面状の固定鏡５４Ｉとしてもよい。凸面状の表面ＲＩは、ＭＥＭＳミラーアレイ５２と接する部分に、オン状態のマイクロミラー６２と同じ角度で傾けられた反射面を有している。即ち、凸面状の表面ＲＩの傾斜角度は、ＭＥＭＳミラーアレイ５２と隣接する部分では、オン状態のマイクロミラー６２と同じ角度である。そして、凸面状の表面ＲＩの傾斜角度は、ＭＥＭＳミラーアレイ５２から離れるほど、オフ状態のマイクロミラー６２と同じ角度に変化する。
【００６５】
反射側の表面ＲＩが凸面状の固定鏡５４Ｉを、垂直−１度より下側に対応する領域、即ち、ＭＥＭＳミラーアレイ５２の上側に配置すると、図１３に破線で示すように、遠方の下方向において、反射性方向変換器４４の表面上での照度分布よりも、急激に暗くなる（光度が低下する）光度分布となる。図１２（Ｄ）に示すように、反射側の表面ＲＪが凸面状で且つ鋸歯状の固定鏡５４Ｊとしても、図１２（Ｃ）に示す凸面状の固定鏡５４Ｉと同様に、反射性方向変換器４４の表面上での照度分布と異なる光度分布を得ることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 車両用照明システム
１２ 配光可変ヘッドランプ
１４ 配光制御部
１６ スイッチ
１８ カメラ
２０ ヘッドランプドライバ
３０ 対向車両
３２ 投光領域
３４ 遮蔽領域
４０ 光源
４２ 反射器
４４ 反射性方向変換器
４６ 投光レンズ
４８ 光吸収体
５０ 半導体基板
５２ ミラーアレイ
５４ 固定鏡
６０ 微小可動鏡
６２ マイクロミラー
６４ メモリセル
６５ 法線
６６ 支柱
６８Ａ 可動電極
６８Ｂ 固定電極
１００ 車両
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射する光照射部と、
独立に駆動されて第１の角度又は第２の角度で傾く反射面を有し且つ基板上に配列された複数の微小可動鏡と、前記第１の角度で傾けられた反射面を有し且つ前記複数の微小可動鏡の周囲に隣接して配置された固定鏡とを有し、前記光照射部から照射された光を前記複数の微小可動鏡又は前記固定鏡により反射して当該光の進行方向を変換する反射性方向変換器と、
前記第１の角度で傾けられた微小可動鏡及び固定鏡により反射された反射光の光路上に配置され、入射した光を車両前方に投光する投光部と、
を備えた車両用照明装置。
【請求項２】
前記固定鏡は、前記複数の微小可動鏡の上側に隣接して配置された、請求項１に記載の車両用照明装置。
【請求項３】
前記固定鏡は、前記複数の微小可動鏡の右側及び左側に隣接して配置された、請求項１又は２に記載の車両用照明装置。
【請求項４】
前記複数の微小可動鏡が配列される領域を、前記光照射部から前記反射性方向変換器に光が照射される領域に応じて設定した、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の車両用照明装置。
【請求項５】
前記固定鏡は、反射側の表面が鋸歯状であり、前記第１の角度で傾けられた複数の反射面を有する、請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の車両用照明装置。
【請求項６】
前記固定鏡は、反射側の表面が凸面状であり、前記複数の微小可動鏡と接する部分に前記第１の角度で傾けられた反射面を有する、請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の車両用照明装置。
【請求項１】
光を照射する光照射部と、
独立に駆動されて第１の角度又は第２の角度で傾く反射面を有し且つ基板上に配列された複数の微小可動鏡と、前記第１の角度で傾けられた反射面を有し且つ前記複数の微小可動鏡の周囲に隣接して配置された固定鏡とを有し、前記光照射部から照射された光を前記複数の微小可動鏡又は前記固定鏡により反射して当該光の進行方向を変換する反射性方向変換器と、
前記第１の角度で傾けられた微小可動鏡及び固定鏡により反射された反射光の光路上に配置され、入射した光を車両前方に投光する投光部と、
を備えた車両用照明装置。
【請求項２】
前記固定鏡は、前記複数の微小可動鏡の上側に隣接して配置された、請求項１に記載の車両用照明装置。
【請求項３】
前記固定鏡は、前記複数の微小可動鏡の右側及び左側に隣接して配置された、請求項１又は２に記載の車両用照明装置。
【請求項４】
前記複数の微小可動鏡が配列される領域を、前記光照射部から前記反射性方向変換器に光が照射される領域に応じて設定した、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の車両用照明装置。
【請求項５】
前記固定鏡は、反射側の表面が鋸歯状であり、前記第１の角度で傾けられた複数の反射面を有する、請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の車両用照明装置。
【請求項６】
前記固定鏡は、反射側の表面が凸面状であり、前記複数の微小可動鏡と接する部分に前記第１の角度で傾けられた反射面を有する、請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の車両用照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１９０５９４（Ｐ２０１２−１９０５９４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１４９９（Ｐ２０１１−５１４９９）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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