(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-11
(45)【発行日】2024-11-19
(54)【発明の名称】車両用灯具および照明方法
(51)【国際特許分類】
B60Q 1/14 20060101AFI20241112BHJP
B60Q 1/04 20060101ALI20241112BHJP
H05B 45/10 20200101ALI20241112BHJP
H05B 45/34 20200101ALI20241112BHJP
H05B 45/345 20200101ALI20241112BHJP
H05B 45/375 20200101ALI20241112BHJP
H05B 47/105 20200101ALI20241112BHJP
H05B 47/16 20200101ALI20241112BHJP
H05B 47/165 20200101ALI20241112BHJP
H05B 47/17 20200101ALI20241112BHJP
【ＦＩ】
B60Q1/14 H
B60Q1/04 E
B60Q1/14 F
H05B45/10
H05B45/34
H05B45/345
H05B45/375
H05B47/105
H05B47/16
H05B47/165
H05B47/17
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2022570044
(86)(22)【出願日】2021-12-15
(86)【国際出願番号】 JP2021046328
(87)【国際公開番号】W WO2022131303
(87)【国際公開日】2022-06-23
【審査請求日】2024-09-19
(31)【優先権主張番号】P 2020210707
(32)【優先日】2020-12-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000001133
【氏名又は名称】株式会社小糸製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100109047
【弁理士】
【氏名又は名称】村田 雄祐
(74)【代理人】
【識別番号】100109081
【弁理士】
【氏名又は名称】三木 友由
(72)【発明者】
【氏名】神谷 美紗子
(72)【発明者】
【氏名】小山 早苗
【審査官】松本 泰典
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－２０９００２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－４５５９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－３０５７５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－６３０９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１８７９７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／１５０３２２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／０９８１３８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｑ １／１４
Ｂ６０Ｑ １／０４
Ｈ０５Ｂ ４５／１０
Ｈ０５Ｂ ４５／３４
Ｈ０５Ｂ ４５／３４５
Ｈ０５Ｂ ４５／３７５
Ｈ０５Ｂ ４７／１０５
Ｈ０５Ｂ ４７／１６
Ｈ０５Ｂ ４７／１６５
Ｈ０５Ｂ ４７／１７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体光源を含み、前記半導体光源の出射光にもとづく瞬時照射スポットを配光の水平方向に走査する走査型光源と、前記走査型光源の走査と同期して、各走査位置における前記半導体光源の光量を多階調で調光可能な点灯回路と、
を備え、
前記点灯回路は、減光率に応じたデューティサイクルでパルス幅変調により前記半導体光源を点灯する第１モードと、前記減光率に応じたサイクル数にわたり、前記半導体光源を消灯する第２モードと、が切りかえ可能であることを特徴とする車両用灯具。
【請求項2】
減光領域の幅が所定値より狭い場合に前記第２モードが選択されることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。【請求項3】
前記走査型光源は、前記半導体光源に加えて、前記半導体光源の出射光を受け、所定の周期運動を繰り返すことによりその反射光を車両前方で走査する反射体をさらに含み、前記点灯回路は、前記反射体の運動と同期して、パルス幅変調の制御波形を生成し、前記制御波形に応じて前記半導体光源に供給する駆動電流をスイッチングすることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
【請求項4】
照明方法であって、半導体光源の出射光にもとづく瞬時照射スポットを配光の水平方向に走査するステップと、
前記瞬時照射スポットの走査と同期して、各走査位置における前記半導体光源の光量を多階調で調光するステップと、
を備え、
前記調光するステップは、
減光領域の幅が所定値より広い場合に、減光率に応じたデューティサイクルでパルス幅変調により前記半導体光源を点灯するステップと、
減光領域の幅が前記所定値より狭い場合に、前記減光率に応じたサイクル数にわたり、前記半導体光源を消灯するステップと、
を含むことを特徴とする照明方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、車両用灯具に関する。
【背景技術】
【0002】
車両用灯具は、一般にロービームとハイビームとを切りかえることが可能である。ロービームは、自車近傍を所定の照度で照明するものであって、対向車や先行車にグレアを与えないよう配光規定が定められており、主に市街地を走行する場合に用いられる。一方、ハイビームは、前方の広範囲および遠方を比較的高い照度で照明するものであり、主に対向車や先行車が少ない道路を高速走行する場合に用いられる。したがって、ハイビームはロービームと比較してより運転者による視認性に優れているが、車両前方に存在する車両の運転者や歩行者にグレアを与えてしまうという問題がある。
【0003】
近年、車両の周囲の状態にもとづいて、ハイビームの配光パターンを動的、適応的に制御するＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）技術が実用化されている。ＡＤＢ技術は、車両の前方の先行車、対向車や歩行者の有無を検出し、車両に対応する領域を減光するなどして、車両に与えるグレアを低減するものである。
【0004】
ＡＤＢ機能を実現する方式として、アクチュエータを制御するシャッター方式、ロータリー方式、ＬＥＤアレイ方式などが提案されている。シャッター方式やロータリー方式は、消灯領域（遮光領域）の幅を連続的に変化させることが可能であるが、消灯領域の数が１個に制限される。ＬＥＤアレイ方式は、消灯領域を複数個、設定することが可能であるが、消灯領域の幅が、ＬＥＤチップの照射幅に制約されるため、離散的となる。
【0005】
本出願人は、これらの問題点を解決可能なＡＤＢ方式として、スキャン方式を提案している（特許文献２、３参照）。スキャン方式とは、回転するリフレクタ（ブレードミラー）に光を入射し、リフレクタの回転位置に応じた角度で入射光を反射して反射光を車両前方で走査しつつ、光源の点消灯を、リフレクタの回転位置に応じて変化させることで、車両前方に、所望の配光パターンを形成するものである。
【0006】
特許文献３に記載のスキャン方式では、１スキャンの間、光源に流す駆動電流の電流量を一定に保ちつつ、光源の点消灯（オン、オフ）を時分割で切り替える。そのため所定のエリアを遮光するグレアフリー機能の実現は容易であったが、照射領域の照度は実質的に一定に制約されていた。
【0007】
特許文献４には、スキャン方式の車両用灯具による具体的な配光の形成手法が開示される。この技術では、複数チャンネルの光源により配光が形成される。複数チャンネルの光源はそれぞれ、水平方向の一部の範囲を受け持っており、各光源のスキャン範囲は、他の光源のスキャン範囲と一部がオーバーラップしつつ、水平方向にシフトしたものとなっている。各光源の光量は、いわゆるＤＣ調光（アナログ調光）によって制御され、応答速度の制約から１スキャン単位で可変である。この灯具では、各走査位置の照度を、複数の光源のオン、オフ、および光量の組み合わせにより制御でき、グレアフリー機能以外の多様な配光パターン（たとえば電子スイブルなど）に対応するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開２００８－２０５３５７号公報
【文献】特開２０１２－２２４３１７号公報
【文献】特開２０１０－６１０９号公報
【文献】特開２０１８－１８７９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献４の技術では、１つの配光を形成するために、多くのチャンネルの光源および点灯回路を必要としており、構造が複雑であり、また所望の配光を形成するための光源の制御も複雑であった。
【0010】
本開示は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、グレアフリー機能以外の多様な配光パターンを生成可能な車両用灯具の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本開示のある態様は、車両用灯具に関する。車両用灯具は、半導体光源を含み、半導体光源の出射光にもとづく瞬時照射スポットを配光の水平方向に走査する走査型光源と、走査型光源の走査と同期して、各走査位置における半導体光源の光量を多階調で調光可能な点灯回路と、を備える。点灯回路は、減光率に応じたデューティサイクルでパルス幅変調により半導体光源を点灯する第１モードと、減光率に応じたサイクル数にわたり、半導体光源を消灯する第２モードと、が切りかえ可能である。
【0012】
本開示の別の態様は、照明方法である。この方法は、半導体光源の出射光にもとづく瞬時照射スポットを配光の水平方向に走査するステップと、瞬時照射スポットの走査と同期して、各走査位置における半導体光源の光量を多階調で調光するステップと、を備える。調光するステップは、減光領域の幅が所定値より広い場合に、減光率に応じたデューティサイクルでパルス幅変調により半導体光源を点灯するステップと、減光領域の幅が所定値より狭い場合に、減光率に応じたサイクル数にわたり、半導体光源を消灯するステップと、を含む。
【0013】
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。
【発明の効果】
【0014】
本開示のある態様によれば、スキャン方式の車両用灯具において、グレアフリー機能以外の多様な配光パターンを生成できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施形態１に係る車両用灯具を示す図である。
【図5】比較技術に係る車両用灯具を示す図である。
【図6】比較技術に係る車両用灯具による配光形成を説明する図である。
【図7】点灯回路の構成例を示すブロック図である。
【図8】ＬＥＤドライバの構成例を示す回路図である。
【図9】ＬＥＤドライバの別の構成例を示す回路図である。
【図10】ＬＥＤドライバのさらに別の構成例を示す回路図である。
【図11】実施形態２に係る車両用灯具を示す図である。
【図17】サイクル数制御におけるオフサイクル数と配光パターンの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。
【0017】
一実施形態に係る車両用灯具は、半導体光源を含み、半導体光源の出射光にもとづく瞬時照射スポットを配光の水平方向に走査する走査型光源と、走査型光源の走査と同期して、各走査位置における半導体光源の光量を多階調で調光可能な点灯回路と、を備える。点灯回路は、減光率に応じたデューティサイクルでパルス幅変調により半導体光源を点灯する第１モードと、減光率に応じたサイクル数にわたり、半導体光源を消灯する第２モードと、が切りかえ可能である。
【0018】
この構成によれば、パルス幅変調を採用することで、１走査周期内において、走査位置に応じて、光源の光量を高速に変化させることができ、遮光部分に加えて、減光部分を作り出すことができる。したがって、１走査周期内で光量を一定とするＤＣ調光（アナログ調光）と比べて、１個の光源で形成できる配光のバリエーションが増える。これにより、従来に比べて、光源および点灯回路の個数を減らすことができ、あるいは、制御を簡略化できる。
【0019】
走査とＰＷＭ調光の併用する場合、減光部分と非減光部分の境界において、照度が緩やかに変化する領域（以下、遷移領域と称する）が発生する。減光部分の幅が狭くなるほど、減光部分に対する遷移領域の割合が大きくなり、実効的な分解能が低下する。また、瞬時照射スポットの水平方向の強度分布が矩形もしくはそれに近い場合に、遷移領域において、照度が階段状に変化する。この場合に、第２モードを選択することにより、遷移領域の幅を狭めることができ、また遷移領域の照度を連続的に変化させることができる。
【0020】
一実施形態において、走査型光源は、半導体光源に加えて、半導体光源の出射光を受け、所定の周期運動を繰り返すことによりその反射光を車両前方で走査する反射体をさらに含んでもよい。点灯回路は、反射体の運動と同期して、パルス幅変調の制御波形を生成し、制御波形に応じて半導体光源に供給する駆動電流をスイッチングしてもよい。
【0021】
一実施形態において、点灯回路は、半導体光源と直列に設けられるシリーズスイッチと、シリーズスイッチと半導体光源の直列接続回路に接続される定電流ドライバと、を備えてもよい。点灯回路は、走査位置に応じたデューティサイクルで、シリーズスイッチをスイッチングしてもよい。
【0022】
従来技術（特許文献４）では、２個の半導体光源を直列に接続し、各半導体光源と並列にバイパススイッチを設ける構成が採られていた。この構成では、１個のバイパススイッチを走査周波数よりも十分高い周波数でスイッチングすると、他方の半導体光源にその影響が及ぶこととなる。これに対して、半導体光源ごとにシリーズスイッチによって個別に駆動することにより、あるチャンネルの駆動が、他のチャンネルに及ぼす影響を排除できる。
【0023】
一実施形態において、定電流ドライバは、スイッチングコンバータと、スイッチングコンバータの出力電流の検出値が、所定の目標値に近づくように、スイッチングコンバータを駆動するコンバータコントローラと、を含んでもよい。
【0024】
（実施形態）
以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示の本質的なものであるとは限らない。
以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示の本質的なものであるとは限らない。
【0025】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【0026】
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【0027】
また本明細書において、電圧信号、電流信号などの電気信号、あるいは抵抗、キャパシタなどの回路素子に付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値、電流値、あるいは抵抗値、容量値を表すものとする。
【0028】
図１は、実施形態１に係る車両用灯具１００Ａを示す図である。図１の車両用灯具１００Ａは、スキャン方式のＡＤＢ機能を有し、車両前方に多様な配光パターンを形成する。車両用灯具１００Ａは主として、走査型光源２００Ａ、点灯回路３００Ａおよび配光コントローラ４００を備える。
【0029】
配光コントローラ４００は、カメラやＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）などのセンサからの情報（センサ情報）Ｓ１、車速やステアリング角などの情報（車両情報）Ｓ２などを受け、配光パターンを決定する。配光コントローラ４００は、ランプボディ内に収容されてもよいし、車両側に設けられてもよい。配光コントローラ４００は、配光パターンを指示する情報（配光パターン情報）Ｓ３を車両用灯具１００に送信する。配光コントローラ４００を、ＡＤＢ用ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称する。
【0030】
走査型光源２００Ａは、光源ユニット２１０Ａ、走査光学系２２０、投影光学系２３０を備える。光源ユニット２１０Ａは、１個の半導体光源２１２や図示しないヒートシンクを含む。半導体光源２１２には、ＬＥＤ（発光ダイオード）あるいはレーザダイオードなどを用いることができる。走査光学系２２０は、半導体光源２１２の出射光（ビーム）ＢＭを車両前方で走査する。
【0031】
本実施形態において走査光学系２２０は、モータ２２２および１枚あるいは複数Ｍ枚（この例では２枚）のブレードミラー２２４＿１，２２４＿２を備える。Ｍ枚（Ｍ≧２）のブレードミラーは、３６０／Ｍ°、ずれた位置に取り付けられ、この例では、２枚のブレードミラーが１８０°ずれた位置に取り付けられている。
【0032】
半導体光源２１２の光軸は、その出射ビームＢＭが、Ｍ枚のブレードミラーのうちの１枚に照射されるように向けられている。
【0033】
ある時刻においてブレードミラー２２４への入射光ＢＭは、ブレードミラー２２４の位置（ロータの回転角）に応じた反射角で反射し、車両前方の仮想鉛直スクリーン９００上に瞬時照射スポットＳＰＴを形成する。瞬時照射スポットＳＰＴは、水平方向（Ｈ方向）に幅Δｖ、垂直方向（Ｖ方向）に幅Δｈを有している。ブレードミラー２２４が回転することで反射角、すなわち反射ビームＢＭｒの出射方向が変化し、瞬時照射スポットＳＰＴの水平方向（Ｈ方向）の位置（走査位置）が移動する。この動作を高速に、たとえば５０Ｈｚ以上で繰り返すことで車両前方には、配光パターンＰＴＮが形成される。
【0034】
本実施形態において、ひとつのビームＢＭが形成する配光パターンＰＴＮは、車両用灯具１００Ａの水平方向の全範囲－θＭＡＸ～＋θＭＡＸに広がっている。すなわち走査型光源２００Ａは、反射ビームＢＭｒを、水平方向の全範囲にわたり走査する。たとえばθＭＡＸは２０～２５°程度である。なお全範囲とは、スキャン照射可能な全範囲であり、スキャン以外の光源により照射される範囲は含まない。
【0035】
点灯回路３００Ａは、配光パターン情報Ｓ３が指示する配光パターンが得られるように、走査型光源２００Ａの走査と同期して、各走査位置における半導体光源２１２の光量、すなわちビームＢＭの強度を、パルス変調により多階調で調光する。本実施形態では、ＰＷＭ（パルス幅変調）によって、半導体光源２１２に流れる駆動電流ＩＬＥＤの平均量を変化させ、半導体光源２１２の光量を変化させる（ＰＷＭ調光）。ＰＷＭ周波数は、走査周波数よりも十分に高く定められ、たとえば数ｋＨｚ～数百ｋＨｚとすることが望ましい。
【0036】
なお点灯回路３００Ａは、走査周期、またはそれより長い制御周期で、電流ＩＯＵＴの電流量を変化させてもよい。つまりＰＷＭ調光とＤＣ調光を併用してもよい。以上が車両用灯具１００Ａの構成である。続いてその動作を説明する。
【0037】
図２（ａ）、（ｂ）は、車両用灯具１００Ａよるグレアフリー配光の形成を説明する図である。図２のグレアフリー配光９１０は、遮光部分９１２と、照射部分９１４，９１６を含んでいる。図２（ａ）は仮想鉛直スクリーン上の配光を、図２（ｂ）は、図２（ａ）の配光に対応する車両用灯具１００Ａの動作波形を示す。なお本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。
【0038】
たとえば点灯回路３００Ａは、照射部分９１４，９１６に対応する区間において、半導体光源２１２の駆動電流ＩＬＥＤのデューティサイクルを非ゼロの値（この例では１００％の一定値）とし、遮光部分９１２に対応する区間において、駆動電流ＩＬＥＤのデューティサイクルを０％とする。
【0039】
図３（ａ）、（ｂ）は、車両用灯具１００Ａよる部分減光配光の形成を説明する図である。図３（ａ）は仮想鉛直スクリーン上の配光の水平方向の照度分布を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）の配光に対応する車両用灯具１００Ａの動作波形を示す。図３（ａ）に示す部分減光配光９２０は、２個の減光部分９２２，９２４と、３個の非減光部分９２６，９２７，９２８を含んでいる。
【0040】
たとえば点灯回路３００Ａは、非減光部分（照射部分）９２６，９２７，９２８に対応する区間において、半導体光源２１２の駆動電流ＩＬＥＤのデューティサイクルを１００％に固定し、減光部分９２２，９２４に対応する区間において、駆動電流ＩＬＥＤのデューティサイクルをそれぞれ、５０％、２５％とする。この車両用灯具１００Ａによれば、単一の半導体光源に流れる駆動電流ＩＬＥＤをＰＷＭ制御することにより、部分減光を実現できる。
【0041】
図４（ａ）、（ｂ）は、車両用灯具１００Ａによる電子スイブルを説明する図である。図４（ａ）は、中央が最も明るい配光を、図４（ｂ）は、右側が最も明るい配光を示す。この車両用灯具１００Ａによれば、単一の半導体光源に流れる駆動電流ＩＬＥＤをＰＷＭ制御することにより、電子スイブル機能を実現できる。
【0042】
以上が車両用灯具１００Ａの動作である。車両用灯具１００Ａの利点は、比較技術との対比によって一層明確となる。そこで比較技術について説明する。図５は、比較技術に係る車両用灯具１００Ｒを示す図である。
【0043】
比較技術に係る車両用灯具１００Ｒにおいて、光源ユニット２１０Ｒは複数の半導体光源２１２＿１～２１２＿Ｎを備える。半導体光源２１２＿１～２１２＿Ｎそれぞれの出射ビームＢＭ１～ＢＭＮはそれぞれ、仮想鉛直スクリーン９００上の、水平方向の異なる範囲を走査され、出射ビームＢＭ１～ＢＭＮの走査により、複数の個別配光パターンＰＴＮ１～ＰＴＮＮが形成される。車両用灯具１００Ｒが形成する配光は、複数の個別配光パターンＰＴＮ１～ＰＴＮＮの重ね合わせである。
【0044】
点灯回路３００Ｒは、複数の半導体光源２１２＿１～２１２＿Ｎそれぞれに、駆動電流ＩＬＥＤ１～ＩＬＥＤＮを供給する。点灯回路３００Ｒは、１周期内で、駆動電流ＩＬＥＤ１～ＩＬＥＤＮそれぞれを、オン、オフすることが可能である。また点灯回路３００Ｒは、ＤＣ調光によって、駆動電流ＩＬＥＤ１～ＩＬＥＤＮそれぞれのオン期間における電流量を制御可能であるが、電流量は、１走査ごとにしか切りかえることができない。
【0045】
図６は、比較技術に係る車両用灯具１００Ｒによる配光形成を説明する図である。ここではＮ＝６チャンネルとする。複数の個別配光パターンＰＴＮ１～ＰＴＮ６の照射幅が制御される。それらを重ね合わせることにより、この例では左前方が明るい配光パターンが形成される。
【0046】
実施形態１に戻る。実施形態１に係る車両用灯具１００Ａによれば、パルス変調を採用することで、１走査周期内において、走査位置に応じて、光源の光量を高速に変化させることができる。したがって、１走査周期内で光量を一定とする従来のアナログ調光と比べて、１個の光源で形成できる配光のバリエーションが増える。これにより、従来に比べて、光源および点灯回路の個数を減らすことができ、あるいは、制御を簡略化できる。
【0047】
本開示は、図１のブロック図や回路図として把握され、図３～図４の波形図、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本開示の範囲を狭めるためではなく、開示の本質や回路動作の理解を容易、明確化するために、より具体的な構成例を説明する。
【0048】
点灯回路３００Ａの具体的な構成例を説明する。図７は、点灯回路３００Ａの構成例を示すブロック図である。
【0049】
配光コントローラ４００は、センサ情報Ｓ１や車両情報Ｓ２を受ける。配光コントローラ４００は、センサ情報Ｓ１にもとづいて、車両前方の状況、具体的には対向車、先行車の有無、歩行者の有無等を検出する。また配光コントローラ４００は、車両情報Ｓ２にもとづいて、現在の車速、操舵角などを検出する。配光コントローラ４００はこれらの情報にもとづいて、車両前方に照射すべき配光パターンを決定し、配光パターンを指示する情報（配光パターン情報）Ｓ３を、点灯回路３００Ａに送信する。
【0050】
点灯回路３００Ａは、配光パターン情報Ｓ３にもとづいてブレードミラー２２４の回転と同期しながら、ＰＷＭ調光により、半導体光源２１２の光量（輝度）を多階調で変化させる。たとえば点灯回路３００Ａは主として、位置検出器３０２、ＰＷＭ信号生成部３１０、定電流ドライバ（以下、ＬＥＤドライバという）３２０を備える。
【0051】
位置検出器３０２は、ブレードミラー２２４の位置、言い換えれば現在のビームの走査位置を検出するために設けられる。位置検出器３０２は、ブレードミラー２２４の所定の基準箇所が所定位置を通過するタイミングを示す位置検出信号Ｓ４を生成する。たとえば基準箇所は、２枚のブレードミラー２２４の端部（区切れ目）であってもよいし、各ブレードミラーの中央であってもよく、任意の箇所とすることができる。
【0052】
ブレードミラー２２４を回転させるモータ２２２には、ホール素子が取り付けられていてもよい。この場合、ホール素子からのホール信号は、ロータの位置、すなわちブレードミラーの位置に応じた周期波形となる。位置検出器３０２は、ホール信号の極性が反転するタイミングを検出してもよく、具体的には一対のホール信号を比較するホールコンパレータで構成してもよい。
【0053】
位置検出器３０２によるブレードミラー２２４の位置検出方法は、ホール素子を利用したものに限定されない。たとえば位置検出器３０２は、モータ２２２のロータの位置を検出する光学式、あるいはその他の方式のロータリーエンコーダを利用して、位置検出信号Ｓ４を生成してもよい。あるいは位置検出器３０２は、ブレードミラー２２４の裏側に設けられたフォトセンサと、ブレードミラー２２４の表面側からフォトセンサに向かって光を照射する位置検出用の光源と、を含んでもよい。そしてブレードミラー２２４に、スリットあるいはピンホールを設けてもよい。これにより、スリットあるいはピンホールが、フォトセンサの上を通過するタイミングを検出できる。スリットは、２枚のブレードミラー２２４の間隙であってもよい。また位置検出用の光源は、赤外線光源を利用してもよいし、半導体光源２１２であってもよい。このように位置検出器３０２の構成にはさまざまなバリエーションが存在しうる。
【0054】
ＰＷＭ信号生成部３１０は、ブレードミラー２２４の運動と同期して、パルス調光信号ＰＷＭ＿ＤＩＭを生成する。パルス調光信号ＰＷＭ＿ＤＩＭの１走査周期のデューティサイクルは、配光パターンにもとづいて規定される。たとえばモータ２２２の回転数が６０００ｒｐｍ（１００Ｈｚ）であり、ブレードミラーが２枚である場合、走査周波数は、１００Ｈｚ×２＝２００Ｈｚとなり、走査周期は５ｍｓである。ＰＷＭ信号生成部３１０は、マイクロコントローラ３０４とソフトウェアプログラムの組み合わせで実装してもよいし、ハードウェアのみで実装してもよい。マイクロコントローラ３０４およびＬＥＤドライバ３２０は、一枚の基板上に搭載してもよいし、あるいは１つの筐体内に配置してもよい。
【0055】
パルス調光信号ＰＷＭ＿ＤＩＭの周波数は、２００Ｈｚより高く定められ、たとえば数ｋＨｚ～数十ｋＨｚとすることができる。パルス調光信号ＰＷＭ＿ＤＩＭのデューティサイクルは、半導体光源２１２の光量を規定するものであり、デューティサイクルは、１ＰＷＭ周期ごとに設定可能であってもよいし、複数のＰＷＭ周期ごとに設定可能であってもよい。
【0056】
ＬＥＤドライバ３２０は半導体光源２１２に駆動電流ＩＬＥＤを供給する。駆動電流ＩＬＥＤの電流量は、所定の目標値に安定化されており、ＬＥＤドライバ３２０は、パルス調光信号ＰＷＭ＿ＤＩＭに応じて、駆動電流ＩＬＥＤをスイッチングする。
【0057】
図８は、ＬＥＤドライバ３２０の構成例（３２０Ａ）を示す回路図である。ＬＥＤドライバ３２０Ａは、降圧コンバータ３２２と、シリーズスイッチ３２３、ドライバ回路３２４を備える。シリーズスイッチ３２３と半導体光源２１２は直列に接続される。この例ではシリーズスイッチ３２３が半導体光源２１２のアノード側に挿入されるが、カソードと接地の間に挿入してもよい。
【0058】
降圧コンバータ３２２は、定電流出力のスイッチングコンバータであり、出力回路３２６およびコンバータコントローラ３２８を含む。出力回路３２６は、スイッチングトランジスタＭＨ、同期整流トランジスタＭＬ、インダクタＬ１、出力キャパシタＣ１を含む。コンバータコントローラ３２８は、シリーズスイッチ３２３がオンの期間に降圧コンバータ３２２の出力電流ＩＯＵＴが所定の目標量に近づくように、出力回路３２６のスイッチングトランジスタＭＨおよび同期整流トランジスタＭＬをスイッチング制御する。
【0059】
コンバータコントローラ３２８の制御方式は特に限定されず、エラーアンプを用いたアナログコントローラ、ＰＩＤ（比例・積分・微分）補償器を含むデジタルコントローラ、あるいはヒステリシス制御のコントローラであってもよい。
【0060】
ドライバ回路３２４は、パルス調光信号ＰＷＭ＿ＤＩＭに応じてシリーズスイッチ３２３を駆動する。このドライバ回路３２４は、コンバータコントローラ３２８と同じＩＣに集積化されてもよい。
【0061】
コンバータコントローラ３２８は、パルス調光信号ＰＷＭ＿ＤＩＭが、シリーズスイッチ３２３のオフを指示するオフレベルであるとき、スイッチングトランジスタＭＨおよび同期整流トランジスタＭＬのスイッチングを停止する。
【0062】
図９は、ＬＥＤドライバ３２０の別の構成例（３２０Ｂ）を示す回路図である。ＬＥＤドライバ３２０Ｂは、降圧コンバータ３２２と、バイパススイッチＳＷ２、ドライバ回路３２４を備える。降圧コンバータ３２２は図８と同様に、出力回路３２６と、コンバータコントローラ３２８を含んでもよい。降圧コンバータ３２２は、所定の目標量に安定化された出力電流ＩＯＵＴを生成する。
【0063】
バイパススイッチＳＷ２は、半導体光源２１２と並列に接続される。ドライバ回路３２４は、パルス調光信号ＰＷＭ＿ＤＩＭに応じて、バイパススイッチＳＷ２を駆動する。バイパススイッチＳＷ２のオフ期間、半導体光源２１２には出力電流ＩＯＵＴが、駆動電流ＩＬＥＤとして供給され、バイパススイッチＳＷ２のオン期間、出力電流ＩＯＵＴは、バイパススイッチＳＷ２に流れるため、駆動電流ＩＬＥＤはゼロとなる。
【0064】
図１０は、ＬＥＤドライバ３２０のさらに別の構成例（３２０Ｃ）を示す回路図である。ＬＥＤドライバ３２０Ｃは、定電圧コンバータ３２７と定電流源３２９を含む。定電圧コンバータ３２７は、所定の電圧レベルに安定化された出力電圧ＶＯＵＴを生成する。定電流源３２９は、半導体光源２１２と直列に接続される。定電流源３２９は、オン、オフが切りかえ可能であり、オン期間において、所定量に安定化された駆動電流ＩＬＥＤを発生する（シンク）。定電流源３２９のオン、オフは、パルス調光信号ＰＷＭ＿ＤＩＭに応じて制御される。
【0065】
なお、ＬＥＤドライバ３２０の構成はここで例示したものに限定されない。
【0066】
（実施形態２）
図１１は、実施形態２に係る車両用灯具１００Ｂを示す図である。実施形態１との相違点を説明する。
図１１は、実施形態２に係る車両用灯具１００Ｂを示す図である。実施形態１との相違点を説明する。
【0067】
走査型光源２００Ｂの光源ユニット２１０Ｂは、複数Ｎ個（Ｎ≧２）の半導体光源２１２＿１～２１２＿Ｎを備える。半導体光源２１２＿１～２１２＿Ｎの光軸は、それぞれの出射ビームＢＭ１～ＢＭＮが、Ｍ枚のブレードミラーのうちの１枚に照射されるように向けられている。ここでは、半導体光源２１２＿２の出射ビームＢＭ２の光線のみを代表として示す。
【0068】
ある時刻においてブレードミラー２２４への入射光ＢＭ２は、ブレードミラー２２４の位置（ロータの回転角）に応じた反射角で反射し、車両前方の仮想鉛直スクリーン９００上に瞬時照射スポットＳＰＴ２を形成する。瞬時照射スポットＳＰＴ２は、水平方向（Ｈ方向）、垂直方向（Ｖ方向）それぞれに所定の幅を有している。ブレードミラー２２４が回転することで反射角が変化し、破線で示すように反射ビームＢＭｒ２の出射方向が変化し、瞬時照射スポットＳＰＴ２の水平方向（Ｈ方向）の位置（走査位置）が移動する。この動作を高速に、たとえば５０Ｈｚ以上で繰り返すことで車両前方には、個別配光パターンＰＴＮ２が形成される。
【0069】
別のビームＢＭ１，ＢＭ３～ＢＭＮについても同様であり、ｉ番目の反射ビームＢＭｒｉの走査により、個別配光パターンＰＴＮｉが形成される。
【0070】
たとえばビームＢＭ１～ＢＭＮが形成する個別配光パターンＰＴＮ１～ＰＴＮＮは、仮想鉛直スクリーン９００上の異なる高さに形成される。複数の個別配光パターンＰＴＮ１～ＰＴＮＮの合成により、車両用灯具１００全体の配光パターンＰＴＮ＿ＡＬＬが形成される。垂直方向に隣接する個別配光パターンＰＴＮ同士は、垂直方向にわずかにオーバーラップしていてもよい。
【0071】
実施形態２において、複数の個別配光パターンＰＴＮ１～ＰＴＮＮの少なくともひとつは、車両用灯具１００Ｂの水平方向の全範囲－θＭＡＸ～＋θＭＡＸに広がっている。すなわち、走査型光源２００Ｂは、複数のビームＢＭｒ１～ＢＭｒＮの少なくともひとつを、水平方向の全範囲にわたり走査する。図１１の例では、すべての個別配光パターンＰＴＮ１～ＰＴＮＮが、水平方向の全範囲－θＭＡＸ～＋θＭＡＸに広がっている。
【0072】
点灯回路３００Ｂは、走査型光源２００Ｂの走査と同期して、各走査位置における半導体光源２１２＿１～２１２＿Ｎそれぞれの光量、すなわちビームＢＭ１～ＢＭＮの強度を、パルス変調により多階調で調光する。点灯回路３００Ｂは、走査周期、またはそれより長い制御周期で、電流ＩＯＵＴの電流量を変化させてもよい。つまりＰＷＭ調光とＤＣ調光を併用してもよい。
【0073】
図１２は、図１１の点灯回路３００Ｂの構成例を示すブロック図である。点灯回路３００Ｂは、複数の半導体光源２１２＿１～２１２＿Ｎに対応する複数のＬＥＤドライバ３２０＿１～３２０＿Ｎを備える。ＰＷＭ信号生成部３１０は、目的とする配光が得られるように、複数のＬＥＤドライバ３２０＿１～３２０＿Ｎに対するパルス調光信号ＰＷＭ＿ＤＩＭ＿１～ＰＷＭ＿ＤＩＭ＿Ｎを生成する。ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）のＬＥＤドライバ３２０は、対応する半導体光源２１２＿ｉに対して、ＰＷＭ変調された駆動電流ＩＬＥＤｉを供給する。ＬＥＤドライバ３２０の構成は、実施形態１と同様である。マイクロコントローラ３０４および複数のＬＥＤドライバ３２０＿１～３２０＿Ｎは、一枚の基板上に搭載してもよいし、あるいは１つの筐体内に配置してもよい。
【0074】
この車両用灯具１００Ｂによれば、実施形態１に比べて、高さ方向の分解能を高めることができる。
【0075】
実施形態２の変形例を説明する。上の説明では、複数の配光パターンＰＴＮ１～ＰＴＮＮのすべてが、全範囲に広がっていたがその限りでなく、その中のいくつかは、全範囲ではなく、一部の範囲に広がっていてもよい。
【0076】
実施形態２では、配光全体を垂直方向に複数の領域に分割し、複数の領域に複数の個別配光パターンＰＴＮ１～ＰＴＮＮを対応付けたがその限りでない。複数の個別配光パターンＰＴＮ１～ＰＴＮＮのいくつかは、完全にオーバーラップしていてもよい。
【0077】
（実施形態３）
図１３（ａ）、（ｂ）は、ＰＷＭ調光による減光領域を含む配光パターンを示す図である。縦軸は照度を、横軸は水平方向（Ｈ線方向）の位置（角度）θを示す。図１３（ａ）の配光８００は、非減光部分８０２と減光部分８０４を含み、減光部分８０４の減光率は５０％である。図１３（ｂ）の上段には、減光部分８０４の周辺の拡大が示され、図１３（ｂ）の下段には、上段に対応するＰＷＭ調光のデューティサイクルの時間波形が示される。走査とＰＷＭ調光を組み合わせると、減光部分８０４と非減光部分８０２の境界に、照度が緩やかに変化する領域（遷移領域）８０６が発生する。この遷移領域８０６の幅は、瞬時照射スポットの幅と等しい。
図１３（ａ）、（ｂ）は、ＰＷＭ調光による減光領域を含む配光パターンを示す図である。縦軸は照度を、横軸は水平方向（Ｈ線方向）の位置（角度）θを示す。図１３（ａ）の配光８００は、非減光部分８０２と減光部分８０４を含み、減光部分８０４の減光率は５０％である。図１３（ｂ）の上段には、減光部分８０４の周辺の拡大が示され、図１３（ｂ）の下段には、上段に対応するＰＷＭ調光のデューティサイクルの時間波形が示される。走査とＰＷＭ調光を組み合わせると、減光部分８０４と非減光部分８０２の境界に、照度が緩やかに変化する領域（遷移領域）８０６が発生する。この遷移領域８０６の幅は、瞬時照射スポットの幅と等しい。
【0078】
減光部分８０４の幅が狭くなるほど、減光部分８０４に対する遷移領域８０６の割合が大きくなり、実効的な分解能が低下する（第１の課題）。また、瞬時照射スポットの水平方向の強度分布が矩形もしくはそれに近い場合には、図１３（ｂ）に示すように、遷移領域８０６において照度が階段状に変化する（第２の課題）。なお、瞬時照射スポットは右向きに走査するものとし、各時刻ｔにおいて、前縁（リーディングエッジ、すなわち右端）が、位置θに存在するものとする。
【0079】
以下では、第１の課題、第２の課題の少なくとも一方を解決可能な調光制御（消灯サイクル数制御、あるいは単にサイクル数制御という）を説明する。
【0080】
図１４は、実施形態３に係る車両用灯具１００Ｊのブロック図である。車両用灯具１００Ｊの基本的な構成は上述した通りである。本実施形態において、点灯回路３００Ｊは、２つのモード（制御方式）が切りかえ可能である。第１モードは、ＰＷＭモード（デューティ制御）とも称され、上述したように、減光率に応じたデューティサイクルでパルス幅変調により半導体光源を点灯する。
【0081】
第２モードは、サイクル数制御モードとも称され、減光率（および遮光領域の幅）に応じたＰＷＭ制御のサイクル数（周期数）にわたり、半導体光源２１２を消灯する。
【0082】
以上が車両用灯具１００Ｊの構成である。続いてその動作を説明する。はじめに第１モード（ＰＷＭモード）の動作を説明する。ＰＷＭモードは、上述した通りであり、図１３（ｂ）に示すように、遷移領域８０６の長さが長く、また遷移領域８０６における照度がステップ状に変化する。
【0083】
図１５は、図１４の車両用灯具１００Ｊのサイクル数制御（第２モード）の動作を説明する図である。ここでは、デューティサイクル１００％で走査中に、ＰＷＭ周期の２サイクルにわたって消灯する場合について説明する。瞬時照射スポットＳＰＴの幅はθＳＰＯＴであり、１ＰＷＭ周期の間に、瞬時照射スポットＳＰＴは０．２５×θＳＰＯＴ移動するものとする。言い換えると、ＰＷＭの４サイクルの間に、瞬時照射スポットは、自身の幅θＳＰＯＴ移動する。
【0084】
時間ｔは、ＰＷＭ周期で正規化されている。時刻ｔ＝０における瞬時照射スポットＳＰＴのリーディングエッジの座標をθ＝０ととる。配光の横軸の位置は、スポット幅θＳＰＯＴで正規化している。
【0085】
はじめの８サイクルの間、（ｔ＝０～８）、デューティサイクルは１００％であり、続く２サイクルの間（ｔ＝８～１０）、デューティサイクルは０％となり、１０サイクル目以降（ｔ＞１０）、デューティサイクルは１００％に戻される。デューティサイクルが０％であるサイクル数をオフサイクル数という。
【0086】
この制御の結果、θ＝１．５～２の範囲に、減光率５０％の減光領域を形成することができる。
【0087】
図１６は、図１４の車両用灯具１００Ｊのサイクル数制御により形成される配光を示す図である。ここでは、瞬時照射スポットの幅を０．９３°、ＰＷＭ周波数を２０ｋＨｚ、１ＰＷＭ周期（１サイクル）の瞬時照射スポットの移動距離を０．１２°とする。連続する２，４，６，８，１０サイクルにわたり、消灯（デューティサイクル＝０％）としたときの配光を示す。
【0088】
消灯サイクル数を、２，４，６，８，１０と増やしていくと、減光領域における減光率を小さくすることができる。また、遷移領域８０６における照度が、連続的なスロープとなっており、ＰＷＭモードにおいて発生するステップ状の変化が抑制されている。
【0089】
図１７は、サイクル数制御におけるオフサイクル数と配光パターンの関係を示す図である。瞬時照射スポットＳＰＯＴが、自身の幅θＳＰＯＴだけ移動するのに要するサイクル数をＸ、瞬時照射スポットをオフとするサイクル数をＹとする。このとき減光率α、減光領域の幅Ｗ、片側の遷移領域の幅Ｚは以下のように一般化することができる。
α＝（Ｘ－Ｙ）／Ｘ
Ｗ＝（Ｘ－Ｙ）／Ｘ×θＳＰＯＴ＝α×θＳＰＯＴ
Ｚ＝（１－α）×θＳＰＯＴ
α＝（Ｘ－Ｙ）／Ｘ
Ｗ＝（Ｘ－Ｙ）／Ｘ×θＳＰＯＴ＝α×θＳＰＯＴ
Ｚ＝（１－α）×θＳＰＯＴ
【0090】
つまり、サイクル数制御は、減光領域の幅Ｗが所定値、たとえば瞬時照射スポットの幅θＳＰＯＴより狭い場合の配光形成に適しているといえる。そこで点灯回路３００Ｊは、減光領域の幅Ｗが所定値より狭い場合に、サイクル数制御を選択し、広い場合にＰＷＭ制御を選択するとよい。
【0091】
図１８（ａ）～（ｃ）は、サイクル数制御による配光と、ＰＷＭ制御による配光を示す図である。図１８（ａ）～（ｃ）において、減光領域の減光率は７５，５０，２５％である。サイクル数制御とＰＷＭ制御を比較すると、同じ減光領域の幅、減光率を仮定すると、サイクル数制御の方が、ＰＷＭ制御よりも遷移領域の幅が短くできるという利点がある。
【0092】
実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにさまざまな変形例が存在すること、またそうした変形例も本開示または本発明の範囲に含まれることは当業者に理解されるところである。
【産業上の利用可能性】
【0093】
本開示は、車両用灯具に関する。
【符号の説明】
【0094】
Ｓ１…センサ情報、Ｓ２…車両情報、Ｓ３…配光パターン情報、Ｓ４…位置検出信号、ＰＷＭ＿ＤＩＭ…パルス調光信号、１００…車両用灯具、２００…走査型光源、２１０…光源ユニット、２１２…半導体光源、２２０…走査光学系、２２２…モータ、２２４…ブレードミラー、２３０…投影光学系、３００…点灯回路、３０２…位置検出器、３１０…ＰＷＭ信号生成部、３２０…ＬＥＤドライバ、４００…配光コントローラ、９００…仮想鉛直スクリーン。
【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14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】