JP7053331B2 - Lighting equipment, light projection system - Google Patents
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Description
本発明は、例えば車両用灯具として用いて好適な照明装置並びに当該照明装置を用いた光投影システムに関する。 The present invention relates to a lighting device suitable for use as, for example, a vehicle lamp, and a light projection system using the lighting device.
特開2005-183327号公報(特許文献1)には、少なくとも一つのLED11aから成る発光部11と、上記発光部から前方に向かって照射される光の一部を遮断して、車両前照灯用の配光パターンに適したカットオフを形成する遮光部12と、を含んでおり、上記遮光部12が、調光機能を備えた電気光学素子と、この電気光学素子を調光制御する制御部14と、から構成されていて、この制御部による電気光学素子の電気的スイッチング制御によって、調光部分を選択的に調光することにより、配光パターンの形状を変化させるように構成された車両前照灯が開示されている。電気光学素子としては、例えば液晶素子が用いられている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-183327 (Patent Document 1) describes a vehicle headlight by blocking a
上記のような車両用灯具において、配光パターンの表現力を高めるようとした場合、例えば、配光パターンの各部分で照射光の色相に違いを持たせることが考えられる。この場合、液晶素子として各画素を例えば3つのサブ画素に区分し、各サブ画素に対して三原色のカラーフィルタを設けて各サブ画素からの透過光を混合することで、各画素ごとの色相(表示色)を可変に設定することが可能となり、配光パターンの各部分で色相の異なる照射光を形成することができる。しかし、車両用灯具においては比較的に明るい光を照射する必要があることから、液晶素子に入射させる光の強度が大きくなる。このような強度の大きい光を入射させた場合には、液晶素子の各サブ画素のカラーフィルタが熱を吸収することから、カラーフィルタと接する液晶材料(一般にネマティック液晶材料)にも熱が伝わることで液晶材料が等方相に相転移を生じてしまい、表現力の高い配光パターンの形成が困難になる可能性がある。なお、このような不都合は車両用灯具に限らず、液晶素子等を用いて配光パターンを制御する照明装置一般においても同様に生じ得る。 When trying to enhance the expressive power of the light distribution pattern in the above-mentioned vehicle lighting equipment, for example, it is conceivable to make the hue of the irradiation light different in each part of the light distribution pattern. In this case, each pixel is divided into, for example, three sub-pixels as a liquid crystal element, and a color filter of the three primary colors is provided for each sub-pixel to mix the transmitted light from each sub-pixel to obtain the hue for each pixel. The display color) can be set variably, and irradiation light having different hues can be formed in each part of the light distribution pattern. However, since it is necessary to irradiate a relatively bright light in a vehicle lamp, the intensity of the light incident on the liquid crystal element is increased. When such high-intensity light is incident, the color filter of each sub-pixel of the liquid crystal element absorbs heat, so that heat is also transferred to the liquid crystal material (generally nematic liquid crystal material) in contact with the color filter. Therefore, the liquid crystal material may undergo a phase transition in an isotropic phase, making it difficult to form a highly expressive light distribution pattern. It should be noted that such inconvenience may occur not only in vehicle lighting equipment but also in general lighting devices that control a light distribution pattern by using a liquid crystal element or the like.
本発明に係る具体的態様は、液晶素子等を用いて配光パターンを制御する照明装置等において表現力の高い配光パターンを実現することが可能な技術を提供することを目的の1つとする。 One of the specific aspects of the present invention is to provide a technique capable of realizing a highly expressive light distribution pattern in a lighting device or the like that controls a light distribution pattern using a liquid crystal element or the like. ..
[1]本発明に係る一態様の照明装置は、車両の前方へ光照射を行うための照明装置であって、(a)光を放出する光源と、(b)前記光源からの光を用いて像を形成する像形成部と、(c)前記像形成部によって形成される前記像を投影する投影部と、を含み、(d)前記像形成部は、複数の光制御領域を有する電圧制御複屈折型の液晶素子と、当該液晶素子を挟んで対向配置される一対の偏光板を有しており、(e)前記像形成部において当該偏光板の一方から入射して当該光制御領域の各々を透過して当該偏光板の他方から出射する前記光の色相は、当該複数の光制御領域の各々における印加電圧の大きさに応じて複数種類の互いに異なる色相になるものであり、(f)前記光源制御装置は、前記像形成部において前記光の色相を第1の色相から第2の色相へ切り換える際に前記光源から放出される光の強度を一時的に低下させるように前記光源の動作を制御する、照明装置である。
[2]本発明に係る一態様の光投影システムは、(a)上記の照明装置と、(b)対象空間に存在する対象体の位置を検出する検出部と、(c)前記検出部によって検出される前記対象体の位置に応じて前記照明装置の前記液晶素子における前記複数の光制御領域の各々における前記印加電圧を制御する液晶駆動装置と、を含む、光投影システムである。
[1] The lighting device of one aspect according to the present invention is a lighting device for irradiating the front of a vehicle with light, using (a) a light source that emits light and (b) light from the light source. It includes an image forming portion that forms an image and (c) a projection portion that projects the image formed by the image forming portion, and (d) the image forming portion is a voltage having a plurality of optical control regions. It has a control double refraction type liquid crystal element and a pair of polarizing plates arranged opposite to each other with the liquid crystal element interposed therebetween. The hue of the light transmitted through each of the above and emitted from the other of the polarizing plate has a plurality of types of different hues depending on the magnitude of the applied voltage in each of the plurality of optical control regions. f) The light source control device temporarily reduces the intensity of light emitted from the light source when the hue of the light is switched from the first hue to the second hue in the image forming unit. It is a lighting device that controls the operation of .
[2] The light projection system of one aspect according to the present invention is composed of (a) the above-mentioned lighting device, (b) a detection unit that detects the position of an object existing in the target space, and (c) the detection unit. It is a light projection system including a liquid crystal drive device that controls the applied voltage in each of the plurality of light control regions in the liquid crystal element of the lighting device according to the position of the object to be detected.
上記構成によれば、液晶素子等を用いて配光パターンを制御する照明装置等において表現力の高い配光パターンを実現することが可能となる。 According to the above configuration, it is possible to realize a highly expressive light distribution pattern in a lighting device or the like that controls a light distribution pattern by using a liquid crystal element or the like.
図1は、第1実施形態の車両用灯具システムの構成を示す図である。図1に示す車両用灯具システムは、光源1、集光レンズ2、カメラ3、制御装置4、液晶駆動装置5、液晶素子6、一対の偏光板7a、7b、投影レンズ8を含んで構成されている。この車両用灯具システムは、カメラ3によって撮影される画像に基づいて自車両の周囲に存在する前方車両や歩行者等の位置を検出し、前方車両等の位置を含む一定範囲を非照射範囲に設定し、それ以外の範囲を光照射範囲に設定して選択的な光照射を行うためのものである。なお、制御装置4が「光源制御装置」に対応する。また、カメラ3と制御装置4が「検出部」に対応する。また、液晶素子6と一対の偏光板7a、7bが「像形成部」に対応する。また、投影レンズ8が「投影部」に対応する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vehicle lighting system according to the first embodiment. The vehicle lighting system shown in FIG. 1 includes a
光源1は、例えば青色光を放出する発光素子(LED)に黄色蛍光体を組み合わせて構成された白色光LEDを含んで構成されている。光源1は、例えば、マトリクス状あるいはライン状に配列された複数の白色光LEDを備える。なお、光源1としてはLEDのほかに、レーザー、さらには電球や放電灯など車両用ランプユニットに一般的に使用されている光源が使用可能である。光源1の点消灯状態は制御装置4によって制御される。光源1から出射する光は、偏光板7aを介して液晶素子(液晶パネル)6に入射する。
The
集光レンズ2は、光源1の光出射部の前面側に配置されており、光源1から放出される光を集光して液晶素子6へ入射させる。なお、光源1から液晶素子6へ至る経路上には、さらに他の光学系(例えば、レンズや反射鏡、さらにはそれらを組み合わせたもの)が存在してもよい。
The condensing
カメラ3は、自車両の前方を撮影してその画像(情報)を出力するものであり、自車両内の所定位置(例えば、フロントガラス内側上部)に配置されている。なお、他の用途(例えば、自動ブレーキシステム等)のためのカメラが自車両に備わっている場合にはそのカメラを共用してもよい。
The
制御装置4は、自車両の前方空間を撮影するカメラ3によって得られる画像に基づいて画像処理を行うことによって、前方空間に存在する前方車両や歩行者等(対象体)の位置を検出し、検出された前方車両等の位置を非照射範囲とし、それ以外の領域を光照射範囲とした配光パターンを設定し、この配光パターンに対応した像を形成するための制御信号を生成して液晶駆動装置5へ供給する。また、制御装置4は、光源1の動作を制御する。この制御装置4は、例えばCPU、ROM、RAM等を有するコンピュータシステムにおいて所定の動作プログラムを実行させることによって実現される。
The
液晶駆動装置5は、制御装置4から供給される制御信号に基づいて液晶素子6に駆動電圧を供給することにより、液晶素子6の各画素領域における液晶層の配向状態を個別に制御するものである。
The liquid
液晶素子6は、例えば、それぞれ個別に制御可能な複数の画素領域(光制御領域)を有しており、液晶駆動装置5によって与えられる液晶層への印加電圧の大きさに応じて各画素領域の液晶層における液晶分子の配向状態が可変に制御される。この液晶素子6に光源1からの光が照射されることにより、上記した光照射範囲と非照射範囲に対応した明暗や色相を有する像が形成される。例えば、液晶素子6は、垂直配向型の液晶層を備えるものであり、直交ニコル配置された一対の偏光板7a、7bの間に配置されており、液晶層への電圧が無印加(あるいは閾値以下の電圧)である場合に光透過率が極めて低い状態(遮光状態)となるものである。また、本実施形態の液晶素子6は、液晶層の液晶材料の屈折率異方性Δnと層厚d(基板間距離)との積で表されるリターデーション(Δn・d)を比較的大きな値に設定することで、電界制御複屈折効果(ECB:Electrically Controlled Birefringence)を用いて透過光の色相を変化させられるように構成されている。
The
一対の偏光板7a、7bは、例えば互いの偏光軸を略直交させており、液晶素子6を挟んで対向配置されている。本実施形態では、液晶層に電圧無印加としているときに光が遮光される(透過率が極めて低くなる)動作モードであるノーマリーブラックモードを想定する。各偏光板7a、7bとしては、例えば一般的な有機材料(ヨウ素系、染料系)からなる吸収型偏光板を用いることができる。また、耐熱性をより重視したい場合には、ワイヤーグリッド型偏光板を用いることも好ましい。ワイヤーグリッド型偏光板とはアルミニウム等の金属による極細線を配列してなる偏光板である。また、吸収型偏光板とワイヤーグリッド型偏光板を重ねて用いてもよい。
For example, the pair of
投影レンズ8は、液晶素子6を透過する光によって形成される像(光照射範囲と非照射範囲に対応した明暗ないし色相を有する像)をヘッドライト用配光になるように広げて自車両の前方へ投影するものであり、適宜設計されたレンズが用いられる。本実施形態では、反転投影型のプロジェクターレンズが用いられる。
The
図2は、液晶素子の構成を示す模式的な断面図である。液晶素子6は、対向配置された上基板(第1基板)11および下基板(第2基板)12、上基板11に設けられた対向電極(共通電極)13、下基板12に設けられた複数の画素電極(個別電極)14、上基板11と下基板12の間に配置された液晶層18を含んで構成されている。なお、説明の便宜上、図示を省略しているが、上基板11、下基板12には、それぞれ液晶層18の配向状態を規制するための配向膜が適宜設けられる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the liquid crystal element. A plurality of
上基板11および下基板12は、それぞれ、平面視において矩形状の基板であり、互いに対向して配置されている。各基板としては、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板を用いることができる。上基板11と下基板12の間には、例えば多数のスペーサーが均一に分散配置されており、それらスペーサーによって基板間隙が所望の大きさ(例えば数μm程度)に保たれている。スペーサーとしては、乾式散布機によって散布可能なプラスチックボールを用いてもよいし、樹脂材料などにより基板上に予め設けられる柱状体を用いてもよい。
The
対向電極(共通電極)13は、上基板11の一面側に設けられている。この対向電極13は、下基板12の各画素電極14と対向するようにして一体に設けられている。対向電極13は、例えばインジウム錫酸化物(ITO)などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。
The counter electrode (common electrode) 13 is provided on one surface side of the
複数の画素電極(個別電極)14は、下基板12の一面側に設けられている。これらの画素電極14は、例えばインジウム錫酸化物(ITO)などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。各画素電極14は、例えば平面視において矩形状の外縁形状を有しており、x方向およびy方向に沿ってマトリクス状に配列されている。各画素電極14の間には隙間が設けられている。上記の対向電極13と各画素電極14との重なる領域のそれぞれが上記した画素領域(光制御領域)を構成する。
The plurality of pixel electrodes (individual electrodes) 14 are provided on one surface side of the
液晶層18は、上基板11と下基板12の間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが負であり、等方相への相転移温度が高く(例えば130℃)、カイラル材を含まず、流動性を有するネマティック液晶材料を用いて液晶層18が構成される。本実施形態の液晶層18は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向が一方向に傾斜した一軸配向状態となり、各基板面に対して、例えば88°以上90°未満の範囲内のプレティルト角を有して略垂直配向となるように設定されている。
The
なお、上記のように上基板11の一面側と下基板12の一面側にはそれぞれ配向膜が設けられている。各配向膜としては、液晶層18の配向状態を垂直配向に規制する垂直配向膜が用いられる。各配向膜にはラビング処理等の一軸配向処理が施されており、その方向へ液晶層18の液晶分子の配向を規定する一軸配向規制力を有している。各配向膜への配向処理の方向は、例えば互い違い(アンチパラレル)となるように設定される。
As described above, alignment films are provided on one surface side of the
本実施形態の液晶素子6は、対向電極13と各画素電極14とが平面視において重なる領域の各々として画定される領域である画素領域を数十~数百個有しており、これらの画素領域はマトリクス状に配列されている。本実施形態において各画素領域の形状は例えば正方形状に構成されているが、長方形状と正方形状を混在させるなど各画素領域の形状は任意に設定することができる。また、画素領域はマトリクス状に配列されているが、マトリクス状に配列されていなくてもよい。対向電極13、各画素電極14は、図示しない配線部を介して液晶駆動装置5と接続されており、例えばスタティック駆動される。その際の印加電圧は、例えば100Hz~1kHz程度の方形波電圧が用いられ、電圧範囲は0~50Vである。
The
図3は、液晶素子の液晶層に対する印加電圧と透過光スペクトルの関係の一例を示す図である。ここでは、液晶層18のセル厚dを4.2μmとし、液晶材料の屈折率異方性Δnを0.129とした実施例の液晶素子のスペクトル特性が示されている。この場合、液晶素子6の液晶層18のリターデーションは541.8nmとなる。この実施例の液晶素子6では、液晶層18に対する電圧が無印加(0V)の場合には可視光波長域(概ね400~700nm)の全体において透過率が極めて低く光をほとんど透過しない状態である。また、印加される電圧が大きくなるに従って透過スペクトルが変化する。具体的には、電圧が比較的小さい場合にはスペクトルが比較的平坦であるが、電圧が5V以上となると平坦性が失われ、電圧の大きさによって異なるスペクトルが得られる。すなわち、本実施形態の液晶素子は、印加する電圧の大きさによって透過光を種々の色相にすることができる電圧制御複屈折型の液晶素子である。この実施例の液晶素子6では、高電圧(例えば50V)の印加により、黄色の透過光が得られている。透過光の色を変化させる際には白色状態から一旦、電圧無印加状態にすることなくそのまま電圧を高くすることが好ましい。さらに、オーバードライブ駆動を用いて一気に所定の色相へ変化させることが好ましい。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the applied voltage to the liquid crystal layer of the liquid crystal element and the transmitted light spectrum. Here, the spectral characteristics of the liquid crystal element of the example in which the cell thickness d of the
なお、図3に示した特性は一例であり、液晶層18の層厚(セル厚)を増減する等によってリターデーションの大きさを変えることで、異なるスペクトル特性が得られる。リターデーションを大きくするほど透過光の色相の種類を増やすことができるが、大きくし過ぎると電圧に対する応答速度が遅くなる。このため、リターデーションとしては300nm以上であることが好ましく、さらに500nm以上であることが好ましく、1000nm以下であることが好ましい。
The characteristics shown in FIG. 3 are an example, and different spectral characteristics can be obtained by changing the size of the retardation by increasing or decreasing the layer thickness (cell thickness) of the
図4は、液晶素子の液晶層に対する印加電圧と色度変化の関係の一例を示す図である。詳細には、図4(A)は液晶層18のセル厚dを3.0μmとし、液晶材料の屈折率異方性Δnを0.129とした実施例の液晶素子の印加電圧に対する色度変化を示している。図4(B)は液晶層18のセル厚dを4.0μmとし、液晶材料の屈折率異方性Δnを0.129とした実施例の液晶素子の印加電圧に対する色度変化を示している。図4(C)は液晶層18のセル厚dを6.0μmとし、液晶材料の屈折率異方性Δnを0.129とした実施例の液晶素子の印加電圧に対する色度変化を示している。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the voltage applied to the liquid crystal layer of the liquid crystal element and the change in chromaticity. Specifically, FIG. 4A shows a change in chromaticity with respect to an applied voltage of the liquid crystal element of the embodiment in which the cell thickness d of the
セル厚3.0μmの液晶素子では、電圧に対する色度変化が少なめであるが電圧の増加とともに色度が変化し、高い電圧では黄色に近づいている(図4(A)参照)。セル厚4.0μmの液晶素子では、セル厚3.0μmの液晶素子よりは電圧に対する色度変化が大きくなっている(図4(B)参照)。さらに、セル厚6.0μmの液晶素子では、電圧に対する色度変化がさらに大きくなり、透過光が着色していることが分かる(図4(C)参照)。具体的には、電圧4Vで黄色、5Vで赤色、5.5Vで紫色、7Vで青色、15Vでシアン色、50Vで緑色の透過光が得られている。透過光は、色としては彩度がそれほど高くないが、通常の照射光として用いられる白色光に対しては十分に色相の違いを認識可能である。 In a liquid crystal element having a cell thickness of 3.0 μm, the change in chromaticity with respect to voltage is small, but the chromaticity changes with increasing voltage, and it approaches yellow at high voltage (see FIG. 4A). A liquid crystal element having a cell thickness of 4.0 μm has a larger change in chromaticity with respect to voltage than a liquid crystal element having a cell thickness of 3.0 μm (see FIG. 4B). Further, it can be seen that in the liquid crystal element having a cell thickness of 6.0 μm, the chromaticity change with respect to the voltage becomes larger and the transmitted light is colored (see FIG. 4C). Specifically, transmitted light of yellow at a voltage of 4 V, red at 5 V, purple at 5.5 V, blue at 7 V, cyan at 15 V, and green at 50 V is obtained. The transmitted light is not so saturated as a color, but the difference in hue can be sufficiently recognized with respect to the white light used as a normal irradiation light.
図5は、車両用灯具システムによって車両前方に形成される照射パターンの一例を模式的に示す図である。図5では、車両前方の数十メートル先における仮想スクリーンにおける照射パターン(投影像)100が模式的に示されている。図中において上下左右にそれぞれ沿ってマトリクス状に配列された各矩形状領域が液晶素子6によって個別に透過光の光量や色相を制御可能な個別配光領域であり、本例では液晶素子6の各画素領域と一対一に対応している。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of an irradiation pattern formed in front of a vehicle by a vehicle lighting system. FIG. 5 schematically shows an irradiation pattern (projected image) 100 on a virtual screen several tens of meters ahead of the vehicle. In the figure, each rectangular region arranged in a matrix along the top, bottom, left, and right is an individual light distribution region in which the amount and hue of transmitted light can be individually controlled by the
この照射パターン100において、例えば、左上側の4つの個別配光領域100aは透過光が緑色に制御された部分であり、中央付近の4つの個別配光領域100bは透過光が黒色(非透過ないし暗色)に制御された部分であり、右上側の4つの個別配光領域100cは透過光が青色に制御された部分である。また、照射パターン100における上記以外の各個別配光領域は、それぞれ透過光が白色に制御された部分である。なお、ここに示すのは一例であり、各個別配光領域でそれぞれ独立に透過光の色相を種々に制御して多様な配光パターン100を得ることが可能である。
In this
図6は、第2実施形態の車両用灯具システムにおける液晶素子の構成を示す模式的な断面図である。なお、上記した図2に示した液晶素子6と共通する構成要素については同一符号を用いており、それらについては詳細な説明を省略する。また、車両用灯具システムの全体構成についても第1実施形態と共通であり、詳細な説明を省略する。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a liquid crystal element in the vehicle lighting system of the second embodiment. The same reference numerals are used for the components common to the
この液晶素子6aは、上基板11の一面側において部分的に絶縁膜15が設けられている。そして、複数の対向電極13aのうちのいくつかはこの絶縁膜15上に設けられている。また、図示のように絶縁膜15の下側には適宜、対向電極13aへ電圧を伝えるための配線部13bが設けられていてもよい。さらに、図示のように絶縁膜15には適宜スルーホール16aが設けられ、このスルーホール16aを介して絶縁膜15上の対向電極13aとその下側の配線部13bとが接続していてもよい。
The
同様に、液晶素子6aは、下基板12の一面側において部分的に絶縁膜16が設けられている。そして、複数の画素電極14aのうちのいくつかはこの絶縁膜16上に設けられている。また、図示のように絶縁膜16の下側には適宜、画素電極14aへ電圧を伝えるための配線部14bが設けられていてもよい。さらに、図示を省略しているが、絶縁膜16には適宜スルーホールが設けられ、このスルーホールを介して絶縁膜16上の画素電極14aとその下側の配線部14bとが接続していてもよい。
Similarly, the
上記した絶縁膜15、16は、それぞれ例えば有機樹脂膜などを適宜パターニングすることによって得られる。各絶縁膜15、16の膜厚は適宜設定され、例えば数μmである。これらの絶縁膜15、16が設けられることで、対向電極13aと画素電極14aとの相互間距離、すなわち液晶層18の層厚を種々の異なる値に設定することができる。
The above-mentioned
具体的には、領域106aでは、絶縁膜15上に設けられた各対向電極13aと絶縁層16上に設けられた各画素電極14aによって液晶層18が挟まれており、その層厚は例えば3μmとなっている。この領域106aでは、上記した実施形態におけるセル厚3μmの液晶素子6と同様な色度特性が得られる(図4(A)参照)。
Specifically, in the
同様に、領域106bでは、絶縁膜15上に設けられた各対向電極13aと、絶縁層16上ではなく下基板12上に設けられた各画素電極14aによって液晶層18が挟まれており、その層厚は例えば4.5μmとなっている。この領域106bでは、上記した実施形態におけるセル厚4μmの液晶素子6に近い色度特性が得られる(図4(B)参照)。
Similarly, in the
同様に、領域106cでは、絶縁膜15上ではなく上基板11上に設けられた各対向電極13aと、絶縁層16上ではなく下基板12上に設けられた各画素電極14aによって液晶層18が挟まれており、その層厚は例えば6μmとなっている。この領域106cでは、上記した実施形態におけるセル厚6μmの液晶素子6と同様な色度特性が得られる(図4(C)参照)。
Similarly, in the
図7は、第2実施形態の液晶素子を用いて実現可能な配光パターンの一例を模式的に示す図である。上記した図5と同様に、車両前方の数十メートル先における仮想スクリーンにおける照射パターン(投影像)200が模式的に示されている。また、車両前方の様子(道路等)についても模式的に示されている。また、図8は、第2実施形態の液晶素子における各画素領域の構成例について模式的に示す平面図である。この例では、上下方向について種々の高さ、左右方向についても種々の幅に設定された複数の画素領域がそれぞれ矩形状に示されている。 FIG. 7 is a diagram schematically showing an example of a light distribution pattern that can be realized by using the liquid crystal element of the second embodiment. Similar to FIG. 5 described above, the irradiation pattern (projected image) 200 on the virtual screen at a distance of several tens of meters in front of the vehicle is schematically shown. In addition, the state in front of the vehicle (road, etc.) is also schematically shown. Further, FIG. 8 is a plan view schematically showing a configuration example of each pixel region in the liquid crystal element of the second embodiment. In this example, a plurality of pixel regions set to various heights in the vertical direction and various widths in the horizontal direction are shown in a rectangular shape.
図7の配光パターン200は、車両前方の中央に対応した前照灯領域201、この前照灯領域201の下側に配置される障害物配光領域202、前照灯領域201および障害物配光領域202の左右それぞれに設けられる2つの歩行者配光領域203、前照灯領域201、障害物配光領域202および歩行者配光領域203の上側に左右並べて配置される2つの路肩標識配光領域204、これら路肩標識配光領域204の上側に配置される案内標識配光領域205を含んで構成されている。
The
前照灯領域201は、車両前方における視認性を確保するためのハイビーム(走行灯)およびロービーム(すれ違い灯)に対応する領域である。この前照灯領域201は、図8(A)に示すように液晶素子6aにおける領域106aが対応付けられる。この領域106aは、図示のように上下長さおよび左右幅を相対的に小さく構成した複数の画素領域を含んでおり、かつセル厚3μmに対応するスペクトル特性を有しているので透過光の色度変化が小さい。このため、照射光としては主に白色が用いられる。各画素領域を個別に照射制御することで、前方車両の位置等に応じた可変配光を実現できる。また、セル厚3μmに対応する色度特性を有しているので、灯体としての関係法規の要件を満たす発光色だけを前照灯領域201へ照射することができる。
The
障害物配光領域202は、特に路面を照射するためのビームを形成する領域である。この障害物配光領域202についても、図8(A)に示すように液晶素子6aにおける領域106aが対応付けられる。この領域106aは、図示のように上下長さおよび左右幅を相対的に小さく構成された複数の画素領域を含んでおり、かつセル厚3μmに対応する色度特性を有しているので透過光の色度変化が小さい。このため、照射光としては主に白色が用いられるが、濃霧時などにおいては黄色の照射光を形成することができる。上下角度-1°付近の領域を照射することで近距離の視界を確保することができる。複数の画素領域のいくつかを選択的に用いることによる間引き照射も行うことができる。
The obstacle
2つの歩行者配光領域203は、特に道路脇に存在する歩行者(あるいは自転車搭乗者など)を照射するためのビームを形成する領域である。この歩行者配光領域203は、図8(B)に示すように液晶素子6aにおける領域106bが対応付けられる。この領域106bは、図示のように上下長さおよび左右幅を相対的に大きく構成した複数の画素領域を含んでおり、かつセル厚4.5μmに対応する色度特性を有しているので透過光の色度変化がセル厚3μmの場合よりは大きい。このため、例えば、画像認識によって検知された歩行者に対して、体部分には明るい白色の照射光を与え、顔部分には明るさを抑えた着色(例えば黄色)の照射光を与えることができる。これにより運転者に対して歩行者の存在を認識させることができるとともに、歩行者に対しても車両の存在、車両の状態(自動運転/手動運転、車速、距離など)を伝えることもできる。
The two pedestrian
2つの路肩標識配光領域204および案内標識配光領域205は、特に道路脇に存在する路肩標識や道路上側に存在する案内標識を照射するためのビームを形成する領域である。これらの路肩標識配光領域204および案内標識配光領域205は、図8(C)に示すように液晶素子6aにおける領域106cが対応付けられる。この領域106cは、図示のように上下長さおよび左右幅を相対的にさらに大きく構成した複数の画素領域を含んでおり、かつセル厚6.0μmに対応する色度特性を有しているので透過光の色度変化が大きい。このため、画像認識によって検知された路肩標識や案内標識に対して、それらの位置や色相に応じて照射光の色相を可変に設定し、運転者に対して注意喚起をすることができる。
The two roadside sign
以上のような各実施形態によれば、カラーフィルタを用いずに複数種類の色相の照射光を実現できるため、カラーフィルタを有する従来の液晶素子を用いる場合の上記した不都合を生じることなく、液晶素子を用いて配光パターンを制御する車両用灯具システムにおいて表現力の高い配光パターンを実現することが可能となる。 According to each of the above embodiments, since it is possible to realize irradiation light of a plurality of types of hues without using a color filter, the liquid crystal display does not cause the above-mentioned inconvenience when a conventional liquid crystal element having a color filter is used. It is possible to realize a highly expressive light distribution pattern in a vehicle lighting system that controls a light distribution pattern using an element.
なお、本発明は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した各実施形態において液晶素子による透過光の色相を変化させる際に、第1の色相(例えば黄色)から第2の色相(例えば青色)へ切り替わる途中における色変化が無視できない場合には、図9に例示するように、光源1の出射光の明るさ(強度)を一時的に低下させる切り換え期間を設けてもよい。この場合、車両は移動するものであるため周波数100Hz以下のオンオフはちらつきが目立つ場合があるので、切り換え期間としては10m秒間以下とすることが好ましい。
The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiment, and can be variously modified and carried out within the scope of the gist of the present invention. For example, when the hue of the transmitted light by the liquid crystal element is changed in each of the above-described embodiments, the color change during switching from the first hue (for example, yellow) to the second hue (for example, blue) cannot be ignored. As illustrated in FIG. 9, a switching period may be provided to temporarily reduce the brightness (intensity) of the emitted light of the
また、上記した各実施形態では光源からの出射光を略並行光にして液晶素子へ入射させるようにしていたが、図10(A)や図10(B)に示すように液晶素子6(6a)の中央には法線方向から光が入射し、周辺部には斜めから光が入射するようにすれば、液晶素子の中央における透過光と周辺における透過光の色相を変えることができる。 Further, in each of the above-described embodiments, the light emitted from the light source is made substantially parallel and incident on the liquid crystal element, but as shown in FIGS. 10 (A) and 10 (B), the liquid crystal element 6 (6a). If light is incident on the center of the liquid crystal element from the normal direction and light is incident on the peripheral portion from an angle, the hues of the transmitted light in the center of the liquid crystal element and the transmitted light in the periphery can be changed.
また、上記した実施形態では車両前方への光照射を行うための車両用灯具システムを例示していたが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、尾灯として用いられる車両用灯具システムであってもよい。また、車両の姿勢に応じて光軸方向を調整するオートレベリング機能、車両のカーブ時の進行方向へ光照射するAFS機能、路面に情報を描画する機能、車外の運転者に対して車両状態を通知するアンサーバック機能、電気自動車などの車両において停車時などに充電量を色相によって車外の運転者へ知らせる充電メータ機能、自動運転機能を搭載した車両における運転状態(自動運転中/手動運転中)を色相によって外部へ知らせる機能など、種々の用途の車両用灯具システムに適用することができる。これらの場合において、車両用灯具が消灯している状態から照射光を点滅させる必要がある場合には、液晶素子に一定の電圧を印加して照射光の色相を固定した上で、光源の照射光をオンオフさせることで照射光の点滅状態を実現することが好ましい。さらに、車両用途に限らず、広く一般に照明装置並びにこれを用いる光投影システムにおいても本発明を適用することができる。 Further, in the above-described embodiment, the vehicle lighting system for irradiating the front of the vehicle with light has been exemplified, but the scope of application of the present invention is not limited to this, and it is a vehicle lighting system used as a tail light. You may. In addition, an auto-leveling function that adjusts the direction of the optical axis according to the posture of the vehicle, an AFS function that irradiates light in the direction of travel when the vehicle is curved, a function that draws information on the road surface, and a function that displays the vehicle status to the driver outside the vehicle. An answerback function to notify, a charge meter function to notify the driver outside the vehicle of the amount of charge by hue when the vehicle is stopped in a vehicle such as an electric vehicle, and a driving state in a vehicle equipped with an automatic driving function (during automatic driving / manual driving) Can be applied to vehicle lighting systems for various purposes, such as a function of notifying the outside by hue. In these cases, when it is necessary to blink the irradiation light from the state where the vehicle lamp is off, a constant voltage is applied to the liquid crystal element to fix the hue of the irradiation light, and then the light source is irradiated. It is preferable to realize a blinking state of the irradiation light by turning the light on and off. Further, the present invention can be applied not only to vehicle applications but also to lighting devices and light projection systems using the lighting devices in general.
1:光源、
2:集光レンズ
3:カメラ
4制御装置
5:液晶駆動装置
6:液晶素子
7a、7b:偏光板
8:投影レンズ
11:上基板
12:下基板
13:対向電極(共通電極)
14:画素電極(個別電極)
18:液晶層
100:照射パターン(投影像)
100a:個別配光領域
1: Light source,
2: Condensing lens 3:
14: Pixel electrode (individual electrode)
18: Liquid crystal layer 100: Irradiation pattern (projected image)
100a: Individual light distribution area
Claims (6)
光を放出する光源と、
前記光源からの光を用いて像を形成する像形成部と、
前記像形成部によって形成される前記像を投影する投影部と、
前記光源の動作を制御する光源制御装置と、
を含み、
前記像形成部は、複数の光制御領域を有する電圧制御複屈折型の液晶素子と、当該液晶素子を挟んで対向配置される一対の偏光板を有しており、
前記像形成部において当該偏光板の一方から入射して当該光制御領域の各々を透過して当該偏光板の他方から出射する前記光の色相は、当該複数の光制御領域の各々における印加電圧の大きさに応じて複数種類の互いに異なる色相になるものであり、
前記光源制御装置は、前記像形成部において前記光の色相を第1の色相から第2の色相へ切り換える際に前記光源から放出される光の強度を一時的に低下させるように前記光源の動作を制御する、
照明装置。 It is a lighting device for irradiating the front of the vehicle with light.
A light source that emits light and
An image forming unit that forms an image using light from the light source,
A projection unit that projects the image formed by the image forming unit,
A light source control device that controls the operation of the light source, and
Including
The image forming unit has a voltage-controlled birefringence type liquid crystal element having a plurality of optical control regions and a pair of polarizing plates arranged opposite to each other with the liquid crystal element interposed therebetween.
The hue of the light incident from one of the polarizing plates in the image forming portion, transmitted through each of the optical control regions, and emitted from the other of the polarizing plates is the hue of the applied voltage in each of the plurality of optical control regions. There are multiple types of different hues depending on the size.
The light source control device operates the light source so as to temporarily reduce the intensity of the light emitted from the light source when the hue of the light is switched from the first hue to the second hue in the image forming unit. To control,
Lighting equipment.
請求項1に記載の照明装置。 The length of the period during which the intensity of the light emitted from the light source is temporarily reduced is 10 msec or less.
The lighting device according to claim 1.
請求項1又は2に記載の照明装置。 The light emitted from the light source is incident on the center of the liquid crystal element from the normal direction and incident on the peripheral portion of the liquid crystal element at an angle.
The lighting device according to claim 1 or 2 .
前記液晶素子は、前記液晶層の層厚が互いに異なる第1領域、第2領域及び第3領域を有しており、
前記液晶層は、前記第1領域の前記層厚が前記第2領域の前記層厚よりも相対的に小さく、前記第2領域の前記層厚が前記第3領域の前記層厚よりも相対的に小さく、かつ前記第1領域と前記第2領域の間の前記層厚の差が少なくとも1μm以上であるとともに前記第2領域と前記第3領域の間の前記層厚の差が少なくとも1μm以上であり、
前記第1領域、前記第2領域及び前記第3領域の各々において、前記印加電圧の大きさに応じて得られる前記光の色相の種類が異なっており、
前記投影部によって投影される前記像による前記車両の前方での配光パターンは、前記車両の前方中央に配置されておりハイビーム及びロービームに対応する前照灯領域と、当該前照灯領域の下側に配置されており少なくとも路面を照射するためのビームに対応する障害物配光領域と、前記前照灯領域と前記障害物配光領域の左右それぞれに設けられており道路脇に存在する歩行者あるいは自転車搭乗者を照射するためのビームに対応する2つの歩行者配光領域と、前記前照灯領域と前記障害物配光領域と各前記歩行者配光領域の上側に左右並べて配置されており前記道路脇に存在する路肩標識を照射するためのビームに対応する2つの路肩標識配光領域を含み、
前記前照灯領域への照射光は前記液晶素子の前記第1領域を用いて形成され、前記障害物配光領域及び各前記歩行者配光領域への照射光は前記液晶素子の前記第2領域を用いて形成され、各前記路肩標識配光領域への照射光は前記液晶素子の前記第3領域を用いて形成される、
請求項1~3の何れか1項に記載の照明装置。 The liquid crystal element has a retardation value of 300 nm or more and 1000 nm or less, which is represented by the product of the layer thickness of the liquid crystal layer and the refractive index anisotropy of the liquid crystal material constituting the liquid crystal layer.
The liquid crystal element has a first region, a second region, and a third region in which the thickness of the liquid crystal layer is different from each other.
In the liquid crystal layer, the layer thickness of the first region is relatively smaller than the layer thickness of the second region, and the layer thickness of the second region is relative to the layer thickness of the third region. The difference in layer thickness between the first region and the second region is at least 1 μm or more, and the difference in layer thickness between the second region and the third region is at least 1 μm or more. can be,
In each of the first region, the second region, and the third region, the type of hue of the light obtained differs depending on the magnitude of the applied voltage.
The light distribution pattern in front of the vehicle by the image projected by the projection unit is arranged in the front center of the vehicle, and has a headlight region corresponding to a high beam and a low beam and a bottom of the headlight region. A pedestrian that is located on the side and is provided at least on the left and right sides of the headlight area and the obstacle light distribution area and corresponds to a beam for illuminating the road surface, and exists on the side of the road. Two pedestrian light distribution areas corresponding to beams for illuminating a person or a cyclist, and the headlight area, the obstacle light distribution area, and the left and right side by side above each of the pedestrian light distribution areas are arranged. Includes two roadside sign light distribution regions corresponding to the beam for illuminating the roadside sign present on the side of the road.
The irradiation light to the headlight region is formed by using the first region of the liquid crystal element, and the irradiation light to the obstacle light distribution region and each pedestrian light distribution region is the second region of the liquid crystal element. The regions are formed, and the irradiation light to each roadside marker light distribution region is formed by using the third region of the liquid crystal element.
The lighting device according to any one of claims 1 to 3 .
請求項4に記載の照明装置。 The light distribution pattern further includes a guide sign light distribution region corresponding to a beam for irradiating a guide sign existing on the upper side of the road, and the irradiation light to the guide sign light distribution region is the third region of the liquid crystal element. Formed using
The lighting device according to claim 4 .
対象空間に存在する対象体の位置を検出する検出部と、
前記検出部によって検出される前記対象体の位置に応じて前記照明装置の前記液晶素子における前記複数の光制御領域の各々における前記印加電圧を制御する液晶駆動装置と、
を含む、光投影システム。
The lighting device according to any one of claims 1 to 5 .
A detector that detects the position of an object existing in the object space,
A liquid crystal drive device that controls the applied voltage in each of the plurality of optical control regions in the liquid crystal element of the lighting device according to the position of the object detected by the detection unit.
Including light projection system.
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