車両用前照灯
【課題】光偏向器の反射部を駆動するアクチュエータの負担を軽減するとともに、アクチュエータの耐久性を向上させた車両用前照灯を提供する。
【解決手段】内側圧電アクチュエータ３１，３２及び外側圧電アクチュエータ５１，５２は、レーザ光源１１からの光が入射される反射部２をＸ軸回り及びＹ軸回りにそれぞれ回動させて、車両前方の照射領域を反射部２からの反射光で左右方向及び上下方向に走査する。制御部１２は、反射光の上下方向走査周波数（Ｙ軸回りの回動周波数）が左右方向走査周波数（Ｘ軸回りの回動周波数）より大きくなるように、内側圧電アクチュエータ３１，３２及び外側圧電アクチュエータ５１，５２を制御する。
【解決手段】内側圧電アクチュエータ３１，３２及び外側圧電アクチュエータ５１，５２は、レーザ光源１１からの光が入射される反射部２をＸ軸回り及びＹ軸回りにそれぞれ回動させて、車両前方の照射領域を反射部２からの反射光で左右方向及び上下方向に走査する。制御部１２は、反射光の上下方向走査周波数（Ｙ軸回りの回動周波数）が左右方向走査周波数（Ｘ軸回りの回動周波数）より大きくなるように、内側圧電アクチュエータ３１，３２及び外側圧電アクチュエータ５１，５２を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両前方の照射領域に光を照射する車両用前照灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両前方の照射領域をスポット光で走査することで照射領域を照らす車両用前照灯が知られている。例えば、特許文献１に記載された走査型車両用前照灯は、光源と、光源からの入射光を反射した反射光を車両前方へ出射する反射部と、車両前方の照射領域を反射光により上下方向及び左右方向にそれぞれ走査するように反射部をそれぞれ第１及び第２の軸線回りに回動させるアクチュエータとを備える（特許文献１の図１２及び図１３）。
【０００３】
上記の車両用前照灯は、主走査方向（走査周波数が大となる走査方向）及び副走査方向（走査周波数が小となる走査方向）をそれぞれ左右方向及び上下方向に設定している（特許文献１：図１３の横縞線）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４８７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された従来の走査式車両用前照灯では、走査光の主走査方向、すなわちアクチュエータが高速で反射部を操作しなければならない作動方向が、反射部の回動角度範囲の大きい左右方向に設定されているため、アクチュエータの負担が増大し、その結果、アクチュエータの耐久性が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、反射部を駆動するアクチュエータの負担を軽減するとともに、アクチュエータの耐久性を向上させた車両用前照灯を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光源と、前記光源からの入射光を反射した反射光を車両前方へ出射する反射部と、車両前方の照射領域を前記反射光により上下方向及び左右方向にそれぞれ走査するように前記反射部をそれぞれ第１及び第２の軸線回りに回動させるアクチュエータと、前記反射光の上下方向の走査周波数が左右方向の走査周波数より大となるように前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、反射光の上下方向の走査周波数が左右方向の走査周波数より大きくなるようにアクチュエータを制御することにより、反射光の主走査方向は上下方向となる。これにより、アクチュエータは反射部の回動角度範囲の小さい上下方向に高速で作動すればよいので、アクチュエータの負担が軽減され、アクチュエータの耐久性が向上する。
【０００９】
ところで、水平な照射領域においては、遠方ほど、上下回動用軸線回りの反射部の単位回動角当たりの反射光の照射面積が増大するので、そのような照射領域における照度を均一化するためには、反射光が照射領域の遠方部分を照射している時ほど、上下回動用軸線回りの反射部の回動速度を減少させる必要がある。しかしながら、そのために反射部の機械的な回動速度を高精度で制御することは難しい。
【００１０】
そこで、光源の光量制御により遠方部分の照射量を増大するならば、機械的運動の回動速度を増減することなく照射先の照度を制御することができるので、制御が簡単となる。しかしながら、従来のように走査光の主走査方向が左右方向である場合には、走査光が遠方部分に留まる時間が相対的に長くなるので、光源を大光量に維持する時間が長くなる。このため、光源の発熱量が増大して、光源の発光効率を低下させる。これを補償するために光源の通電量を増大すると、光源の発熱量がさらに増大して発光効率が低下するという悪循環につながり易い。
【００１１】
この問題点は、本発明の車両用前照灯によれば、反射光による上下方向走査の周期において、前記照射領域の上側範囲の走査期間では前記照射領域の下側範囲の走査期間よりも反射光の光量が増大するように制御することで解決される。
【００１２】
すなわち、本発明の車両用前照灯は、前記反射光による上下方向走査周期において、照射領域の上側範囲の走査期間では照射領域の下側範囲の走査期間よりも前記反射光の光量が増大するように光源の光量を制御する光量制御部を備えることが好ましい。これによれば、反射光の照射方向に応じて第１軸線回りの反射部の回動速度を増減する制御を行わなくても、照射領域の遠方領域部分の照度を増大させて照射領域の照度を均一化することができる。
【００１３】
また、反射光の主走査方向を上下方向とすることにより、反射光が照射領域の遠方部分を照射する期間として光源の光量を大きくする期間と、反射光が照射領域の近傍部分の照射する期間として光源の光量を小さくする期間との切替周波数が増大するので、光源を連続的に大光量にする各期間は短縮される。この結果、光源の発熱が低減するので、発光効率の低下が回避される。こうして、発光効率低下を回避しつつ、照射領域の遠方部分の照度増大を図ることができる。
【００１４】
本発明において、前記アクチュエータ制御部は、上下方向走査の上側折り返し点が前記照射領域のカットラインより上となるように前記アクチュエータを制御し、前記光量制御部は、各上下方向走査周期において前記照射領域のカットラインより上の範囲の上下方向走査期間では前記光源を消灯することが好ましい。
【００１５】
ここで、カットラインは、左右方向位置に関係なく一律の高さに設定されず、左右方向位置に応じて高さが変化するように設定されることがある。また、カットラインは、アクチュエータによる反射部の上側の折り返し回動角の制御によらず、第１の軸線回りの回動角に応動して光源の点灯と消灯とを切替えることによって生成される。これにより、第１の軸線回りの反射部の回動角度範囲は固定して、アクチュエータの制御を単純化しつつ、任意のカットラインを生成することができる。
【００１６】
本発明において、前記光量制御部は、前記光源への連続通電における電流値の増減又は前記光源の不連続通電パルスのパルス幅の増減に基づいて、前記光源の光量を制御することができる。これにより、光源の光量を円滑に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】車両用前照灯の模式図。
【図２】車両用前照灯から出射される走査光の走査角についての説明図。
【図３】光偏向器の詳細な構造図。
【図４】反射部からの反射光の走査パターンを示す図。
【図５】車両用前照灯におけるレーザ光源の光量と反射光の上下角との関係を示す図。
【図６】任意のカットラインをレーザ光源のオン・オフ制御より生成する制御についての説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１において、車両用前照灯１０の主要構成について説明する。車両用前照灯１０は、車両（図示せず）の前方へ向けて、該車両の前部の左右にそれぞれ配備される。これは、光偏向器１と、光偏向器１の反射部２へレーザ光を出射するレーザ光源１１と、レーザ光源１１の光量を制御する光量制御部及び反射部２の回動角を制御するアクチュエータ制御部としての制御部１２とを備えている。
【００１９】
反射部２は、後述するように、相互に直角のＸ軸及びＹ軸の回りに回動し、レーザ光源１１からの入射光を反射した反射光の向きを車両の前方の照射領域に対し所定の周期で上下左右に変化させる。なお、Ｘ軸及びＹ軸はそれぞれ本発明の第２及び第１軸線に相当する。
【００２０】
図２において、車両用前照灯１０から出射されるスポット光の走査角について説明する。車両用前照灯１０からのスポット光は、レーザ光源１１から出射される指向性の強い光であって光偏向器１の反射部２において反射した反射光であるので、以下、これを反射光という。
【００２１】
図２（ａ）は、車両用前照灯１０を上方から見て、反射光の左右方向の走査角度範囲を示している。左右角αは、車両用前照灯１０内の入射光の反射点を通る鉛直線の回りの角度として定義され、車両用前照灯１０の真左をα＝０°として、αの正方向を時計方向としている。この場合、車両用前照灯１０のまっすぐ前方はα＝９０°、車両用前照灯１０の真右はα＝１８０°となる。αＬ，αＲは、反射光がそれぞれ最も左側及び右側に向けられた時の左右角αである。反射光の左右方向の走査角度範囲は、αＬ（＝６５°）〜αＲ（＝１１５°）に設定され、α＝９０°を中心とする５０°になる。
【００２２】
図２（ｂ）は、車両用前照灯１０を側方から見て、反射光の上下方向の走査角度範囲を示している。図２（ｂ）の右方が車両の前方になる。上下角βは、車両用前照灯１０内の入射光の反射点を通る左右水平線の回りの角度として定義され、垂直方向真下をβ＝０°として、βの正方向を反時計方向としている。この場合、車両用前照灯１０のまっすぐ前方はβ＝９０°となる。βＬ，βＵは、反射光がそれぞれ最も下側及び上側に向けられた時の上下角βである。反射光の上下方向走査角度範囲は、βＬ（＝８０°）〜βＵ（＝９０°）の１０°となる。
【００２３】
このように、車両用前照灯１０からの前方の照射領域に向けて出射される反射光の走査角は、左右方向が５０°であるのに対し、上下方向は１０°となり、上下方向が左右方向に比べて格段に小さい。
【００２４】
なお、αＬ，αＲ，βＬ，βＵは、レーザ光源１１が通電状態になっていて、反射光が実際に車両の前方へ出射するときの照射領域の左右及び上下の境界線を規定する角度となっている。αＬ〜αＲ及びβＬ〜βＵは、反射部２の通常の回動制御（例：後述の図４の走査を実施する回動制御）では、反射部２の回動角度範囲の左右及び上下の回動角度範囲に対応付けられる角度範囲になるが、レーザ光源１１のオン、オフ制御を伴う反射部２の回動制御（例：後述の図６の走査を実施する回動制御）では、反射部２の回動角度範囲の左右及び上下の回動角度範囲に対応付けられる角度範囲より狭くなる。
【００２５】
図３を参照して、光偏向器１の具体的な構成について説明する。なお、図３では、光偏向器１は横長で図示しているが、すなわち、Ｘ軸が左右方向、また、Ｙ軸が上下方向に図示されているが、車両用前照灯１０内における光偏向器１の実際の配備では、図１に示すように、縦長で配備される。すなわち、光偏向器１の実際の配備では、Ｙ軸がおおむね左右水平方向となり、また、Ｘ軸がおおむね上下方向になる。
【００２６】
光偏向器１は、ミラーとしての反射部２と、１対の内側圧電アクチュエータ３１，３２と、内側支持部４と、１対の外側圧電アクチュエータ５１，５２と、外側支持部６とを備える。
【００２７】
反射部２は、入射した光を反射する矩形の反射面２ａと、反射面２ａを支持する矩形の反射面支持体２ｂとを備える。反射面２ａは、反射面支持体２ｂ上の金属薄膜を半導体プレーナプロセスを用いて形状加工して形成されている。
【００２８】
金属薄膜の厚みは、例えば１００〜５００ｎｍ程度とする。金属薄膜は、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等により成膜する。反射面支持体２ｂは、シリコン基板で構成される。
【００２９】
反射部２は、後で詳細に説明する支持構造により、反射部２の中心に交点を有して相互に直交しかつ反射部２の面方向に延在するＸ軸及びＹ軸の回りに回動するようになっている。光偏向器１は、図１に示したように、縦長で配置されるので、反射部２がＸ軸回りに往復回動することにより反射光の左右角αが増減し、また、反射部２がＹ軸回りに往復回動することにより反射光の上下角βが増減する。
【００３０】
内側圧電アクチュエータ３１，３２は、反射部２を挟んで対向して配置されている。内側圧電アクチュエータ３１，３２は、それらの先端部が、反射部２の１対の対向する辺にそれぞれ連結されている。この連結されている反射部２の辺は、Ｙ軸に直交する辺である。
【００３１】
内側支持部４は、矩形の枠形状に形成されており、反射部２と内側圧電アクチュエータ３１，３２とを囲むように設けられている。内側支持部４は、内側圧電アクチュエータ３１，３２の反射部２が接続されていない側のそれぞれの端部（基端部）が連結されており、内側圧電アクチュエータ３１，３２を介して反射部２を支持している。
【００３２】
外側圧電アクチュエータ５１，５２は、内側支持部４を挟んで対向して配置されている。外側圧電アクチュエータ５１，５２は、それらの先端部が、内側支持部４のＹ軸と平行な方向の１対の対向する辺にそれぞれ連結されている。
【００３３】
外側支持部６は、矩形の枠形状に形成されており、内側支持部４と外側圧電アクチュエータ５１，５２とを囲むように設けられている。外側支持部６には、外側圧電アクチュエータ５１，５２の、内側支持部４と連結されていない側の１対の他端がそれぞれ連結されている。これにより、外側支持部６は、外側圧電アクチュエータ５１，５２を介して内側支持部４を支持している。
【００３４】
内側圧電アクチュエータ３１，３２について説明する。内側圧電アクチュエータ３１，３２は、反射部２に対して上下（図３の上下）方向へ相互に反対側に上下（図３の上下）対称に配置されるだけであり、構造は同一であるので、内側圧電アクチュエータ３１についてのみ説明する。なお、内側圧電アクチュエータ３２の内側圧電カンチレバー３２Ａ〜３２Ｄは、内側圧電アクチュエータ３１の内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄにそれぞれ対応している。
【００３５】
内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄは、その長さ方向が同じになるようにそれぞれの両端部が隣り合うとともに、反射部２をＹ軸回りに揺動可能に所定の間隔で並んで配置されている。そして、内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄは、隣り合う圧電カンチレバーに対して折り返すように連結されている。
【００３６】
このように、内側圧電アクチュエータ３１は、それを形成する内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄが、所謂ミアンダ形状に形成されている。
【００３７】
内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄの内の反射部２側に配置されている内側圧電カンチレバー（以下、「１番目の内側圧電カンチレバー」という）３１Ａは、その隣り合う内側圧電カンチレバー（以下、「２番目の内側圧電カンチレバー」という）３１Ｂと連結されていない側の一端が反射部２の外周部に連結されている。
【００３８】
同様に、内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄの内の内側支持部４側に配置されている内側圧電カンチレバー（以下、「４番目の内側圧電カンチレバー」という）３１Ｄは、その隣り合う内側圧電カンチレバー（以下、「３番目の内側圧電カンチレバー」という）３１Ｃと連結されていない側の一端が内側支持部４の内周部に連結されている。
【００３９】
これにより、反射部２は、内側圧電アクチュエータ３１，３２を構成する内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄ，３２Ａ〜３２Ｄの屈曲変形によって、内側支持部４に対してＹ軸回りに揺動可能となっている。
【００４０】
次に、外側圧電アクチュエータ５１，５２について説明する。外側圧電アクチュエータ５１，５２は、反射部２に対して左右（図３の左右）方向へ相互に反対側に左右（図３の左右）対称に配置されるだけであり、構造は同一であるので、外側圧電アクチュエータ５１についてのみ説明する。なお、外側圧電アクチュエータ５２の外側圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄは、外側圧電アクチュエータ５１の外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄにそれぞれ対応している。
【００４１】
外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄは、その長さ方向が同じになるようにそれぞれの両端部が隣り合うとともに、反射部２をＸ軸回りに揺動可能に所定の間隔で並んで配置されている。そして、外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄは、隣り合う圧電カンチレバーに対して折り返すように連結されている。
【００４２】
このように、外側圧電アクチュエータ５１は、それを形成する外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄが、所謂ミアンダ形状に形成されている。
【００４３】
外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄの内の反射部２側（内側支持部４側）に配置されているカンチレバー（以下、「１番目の外側圧電カンチレバー」という）５１Ａは、その隣り合う外側圧電カンチレバー（以下、「２番目の外側圧電カンチレバー」という）５１Ｂと連結されていない側の一端が内側支持部４の外周部に連結されている。
【００４４】
同様に、外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄの内の外側支持部６側に配置されている圧電カンチレバー（以下、「４番目の外側圧電カンチレバー」という）５１Ｄは、その隣り合う外側圧電カンチレバー（以下、「３番目の外側圧電カンチレバー」という）５１Ｃと連結されていない側の一端が外側支持部６の内周部に連結されている。
【００４５】
これにより、内側支持部４は、外側圧電アクチュエータ５１，５２を構成する外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの屈曲変形によって、外側支持部６に対してＸ軸回りに揺動可能となっている。
【００４６】
なお、本実施形態の光偏向器１は、内側圧電アクチュエータ３１，３２及び外側圧電アクチュエータ５１，５２を、それぞれ４つの圧電カンチレバーで構成しているが、圧電カンチレバーの数はこれに限られるものではない。
【００４７】
複数の電極パッド６１，６２は、外側支持部６の下辺の左側部分及び右側部分にそれぞれ配設されている。電極パッド６１は、内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄ及び外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄの各電極部位に通電するものになっている。電極パッド６２は、内側圧電カンチレバー３２Ａ〜３２Ｄ及び外側圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄの各電極部位に通電するものになっている。
【００４８】
各圧電カンチレバーは、起歪体（カンチレバー本体）としての支持体の層上に、下部電極、圧電体及び上部電極を積層した構造を有する。各圧電カンチレバーに対応付けられた駆動電圧が、電極パッド６１，６２を介して、各圧電カンチレバーに対応付けられた上部電極と下部電極との間に、印加されると、この印加された上部電極と下部電極との間に積層されて各圧電カンチレバーに対応付けられた圧電体が圧電駆動により屈曲変形する。こうして、屈曲変形した圧電体に応じた支持体（圧電カンチレバー）が屈曲変形する。
【００４９】
次に、光偏向器１の作動について説明する。まず、内側圧電アクチュエータ３１，３２により、反射部２を内側支持部４に対してＹ軸回りに揺動させる場合について説明する。
【００５０】
この場合、制御部１２は、光偏向器１の電極パッド６１，６２を介して内側圧電アクチュエータ３１，３２に駆動電圧が印加される。具体的には、制御部１２は、一方の内側圧電アクチュエータ３１では、奇数番目の内側圧電カンチレバー３１Ａ，３１Ｃを、その対応電極に第１電圧Ｖy1を印加して、駆動させる。制御部１２は、これと共に、一方の内側圧電アクチュエータ３１では、偶数番目の内側圧電カンチレバー３１Ｂ，３１Ｄを、その対応電極に第２電圧Ｖy2を印加して、駆動させる。
【００５１】
さらに、制御部１２は、他方の内側圧電アクチュエータ３２では、奇数番目の内側圧電カンチレバー３２Ａ，３２Ｃを、その対応電極に第１電圧Ｖy1を印加して、駆動する。これと共に、制御部１２は、他方の内側圧電アクチュエータ３２では、偶数番目の内側圧電カンチレバー３２Ｂ，３２Ｄを、その対応電極に第２電圧Ｖy2を印加して、駆動する。
【００５２】
ここで、第１電圧Ｖy1と第２電圧Ｖy2は、互いに逆位相或いは位相のずれた交流電圧（例えば正弦波、鋸波等）である。このとき、第１電圧Ｖy1及び第２電圧Ｖy2の揺動用の電圧成分は、内側圧電アクチュエータ３１，３２の垂直方向（図３の上方向Ｕ及びその反対の方向である下方向）について、奇数番目の内側圧電カンチレバー３１Ａ，３１Ｃ，３２Ａ，３２Ｃと偶数番目の内側圧電カンチレバー３１Ｂ，３１Ｄ，３２Ｂ，３２Ｄとの角度変位が、逆方向に発生するように設定される。
【００５３】
例えば、Ｙ軸回りに揺動するとき、内側圧電アクチュエータ３１，３２の先端部を上方向（図３に示す方向Ｕ）に変位させる場合には、奇数番目の内側圧電カンチレバー３１Ａ，３１Ｃ，３２Ａ，３２Ｃを上方向に変位させ、偶数番目の内側圧電カンチレバー３１Ｂ，３１Ｄ，３２Ｂ，３２Ｄを下方向に変位させる。内側圧電アクチュエータ３１，３２の先端部を下方向に変位させるには、奇数番目の内側圧電カンチレバー３１Ａ，３１Ｃ，３２Ａ，３２Ｃを下方向に変位させ、偶数番目の内側圧電カンチレバー３１Ｂ，３１Ｄ，３２Ｂ，３２Ｄを上方向に変位させる。
【００５４】
これにより、奇数番目の内側圧電カンチレバー３１Ａ，３１Ｃ，３２Ａ，３２Ｃと、偶数番目の内側圧電カンチレバー３１Ｂ，３１Ｄ，３２Ｂ，３２Ｄとが、互いに逆方向に屈曲変形する。
【００５５】
外側圧電アクチュエータ５１，５２により、反射部２を外側支持部６に対してＸ軸回りに揺動させる場合は、制御部１２は、光偏向器１の電極パッド６１，６２を介して外側圧電アクチュエータ５１，５２に駆動電圧を印加する。具体的には、制御部１２は、一方の外側圧電アクチュエータ５１では、奇数番目の外側圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃを、その対応電極に第３電圧Ｖx1を印加して、駆動する。制御部１２は、これと共に、一方の外側圧電アクチュエータ５１では、偶数番目の外側圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄを、その対応電極に第４電圧Ｖx2を印加して、駆動する。
【００５６】
以上のように、光偏向器１は、反射部２をＹ軸回りに揺動すると共に内側支持部４をＸ軸回りに揺動することで、反射部２を様々な角度に駆動させることができ、反射面２ａに入射した光を様々な角度に出射することができる。
【００５７】
なお、内側圧電アクチュエータ３１，３２及び外側圧電アクチュエータ５１，５２は、圧電体を含む圧電カンチレバー３２Ａ〜３２Ｄ及び圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄを構成要素として装備しているので、内側圧電アクチュエータ３１，３２及び外側圧電アクチュエータ５１，５２は、反射部２をＹ軸回り及びＸ軸回りに回動させるアクチュエータとしての役割と共に、反射部２をＹ軸回り及びＸ軸回りに回動可能に内側支持部４及び外側支持部６に連結する可動連結部としての役割を持つものとなっている。したがって、内側圧電アクチュエータ３１，３２及び外側圧電アクチュエータ５１，５２の負担軽減及び耐久性向上は重要課題となる。
【００５８】
図４は、反射部２からの反射光が、車両用前照灯１０からのスポット光として車両前方の照射領域を走査する走査パターンを示している。車両用前照灯１０の反射光による走査パターンを分かり易くするために、車両用前照灯１０の前方の所定距離に、α＝９０°の軸線とβ＝９０°の軸線との両方に対して垂直に立てた仮想スクリーンを想定し、車両用前照灯１０からの反射光が該仮想スクリーン上に生成する走査パターンを示している。
【００５９】
図４（ａ）は反射光の左右方向走査周期の往路期間における反射光の走査パターンであり、図４（ｂ）は反射光の左右方向走査周期の復路期間における反射光の走査パターンとなっている。
【００６０】
図４に示すように、光偏向器１からの反射光は仮想スクリーンに光スポット８０を生成する。図４の走査パターンは、カットライン８１の下側で光スポット８０の走査軌跡として示されており、走査軌跡における矢の向きは光スポット８０の移動方向を示している。
【００６１】
図４において、反射光による上下方向走査の１周期は、仮想スクリーン上で光スポット８０が下側折り返し点８２又は上側折り返し点８３を出発し、次の下側折り返し点８２又は上側折り返し点８３に戻るまでの期間である。また、反射光による左右方向走査の１周期は、仮想スクリーン上で光スポット８０が左側折り返し点８４又は右側折り返し点８５を出発し、再び同一の左側折り返し点８４又は右側折り返し点８５に戻るまでの期間である。
【００６２】
したがって、反射光の上下方向走査周波数は、上下方向走査周期の逆数となる。また、反射光の左右方向走査周波数は、左右方向走査周期の逆数となる。
【００６３】
前述したように、車両用前照灯１０では、反射光の主走査方向及び副走査方向がそれぞれ上下方向及び左右方向に設定されるので、反射光の上下方向走査周波数は左右方向走査周波数より大きく設定される。光スポット８０の左右方向走査周期の往路期間では、図４（ａ）に示されるように、光スポット８０の上下方向走査周期における左右方向照射部分が照射領域において左から右へ１ピッチずつ移動する。復路期間では、図４（ｂ）に示されるように、光スポット８０の上下方向走査周期における左右方向照射部分が照射領域において右から左へ１ピッチずつ移動する。
【００６４】
図４では、カットライン８１が、水平に設定されており、すなわち左右方向位置に関係なく、等しい高さに設定されている。また、レーザ光源１１は常時点灯状態になっている。光スポット８０の上下方向走査周期の上側走査折り返し点８３は、光スポット８０の高さに揃えられている。
【００６５】
光偏向器１において、内側圧電アクチュエータ３１，３２は反射部２の高周波数の往復回動用に用いられ、外側圧電アクチュエータ５１，５２は反射部２の低周波数の往復回動用に用いられる。
【００６６】
したがって、反射光の主走査方向及び副走査方向をそれぞれ左右方向及び上下方向に設定する従来の車両用前照灯では、光偏向器１は、図３のように、横長の状態で車両用前照灯のケーシング内に配備される。すなわち、従来の車両用前照灯では、光偏向器１は、相互に直交するＸ軸及びＹ軸が、それぞれ概ね水平方向及び概ね上下方向になるように、配設されていた。
【００６７】
これに対し、反射光の主走査方向及び副走査方向をそれぞれ上下方向及び左右方向に設定する車両用前照灯１０では、光偏向器１は、図１のように、縦長の状態で車両用前照灯のケーシング内に配備される。すなわち、光偏向器１は、相互に直交するＸ軸及びＹ軸が、それぞれ概ね上下方向及び概ね水平方向になるように、配設される。
【００６８】
従来の車両用前照灯も、本発明の実施例の車両用前照灯１０も、内側圧電アクチュエータ３１，３２が、反射光を高速の主走査方向に振らせている。しかしながら、従来の車両用前照灯では、主走査方向が反射光の走査角度範囲の大きい左右方向になるので（図２（ａ）の５０°）、内側圧電アクチュエータ３１，３２は、大きな回動範囲を高速で作動する必要があり、このため、負担が増大するとともに、耐久性が低下する。
【００６９】
これに対し、本発明の実施例の車両用前照灯１０では、主走査方向が反射光の走査角度範囲の小さい上下方向になって、内側圧電アクチュエータ３１，３２は、回動範囲を高速で作動する必要があるものの、回動範囲が大幅に縮小し（図２（ｂ）の１０°）する。この結果、内側圧電アクチュエータ３１，３２の負担が大幅に減少するとともに、耐久性が向上する。
【００７０】
図５は、車両用前照灯１０におけるレーザ光源１１の光量と反射光の上下角βとの関係を示している。レーザ光源１１の光量は、βに応じて２段階に切替えられる。すなわち、βMを、レーザ光源１１の光量を大及び小に切り替える上下角βと定義し、βL≦β＜βMでは小光量とされ、βM≦β≦βUでは大光量とされる。
【００７１】
レーザ光源１１の光量の制御は、具体的には、制御部１２がレーザ光源１１の通電量を制御することにより行われる。レーザ光源１１は、通電量を大きくされるほど、発光量を増大させる。制御部１２によるレーザ光源１１の通電量の制御の具体的な仕方としては、（ａ）レーザ光源１１は連続通電とし、その連続通電電流値を増減することや、（ｂ）レーザ光源１１へ所定周波数で不連続通電パルスを供給し、該不連続通電パルスのパルス幅（デューティ比）を増減することが挙げられる。
【００７２】
βL≦β＜βMは、反射光が、その上下方向走査周期において、照射領域の車両近辺部分を走査している期間の上下角βに相当し、βM≦β≦βUは遠方部分を走査している期間の上下角βに相当する。外側圧電アクチュエータ５１，５２によるＸ軸回りの反射部２の回動が等速であるときは、水平の照射領域における光スポット８０の遠近方向走査速度は車両から遠方の地点ほど高速かつ大直径になるので、もしレーザ光源１１の光量が一定であれば、水平の照射領域において遠方の地点ほど、照度が低下してしまう。
【００７３】
これに対処するために、外側圧電アクチュエータ５１，５２によるＹ軸回りの反射部２の回動速度を、反射光が遠方部分を照射しているときほど、低速とする制御が考えられる。しかし、これだと、反射部２の機械的な高速回動を、所定の精度の速度増減により制御しなければならないので、外側圧電アクチュエータ５１，５２の制御が難しくなる。
【００７４】
これに対し、車両用前照灯１０では、図５のように、レーザ光源１１の光量制御を実施することにより、照射領域の遠方部分を照射している期間は、光スポット８０を明るくすることにより、照射領域の照度を均一化する。レーザ光源１１の光量制御は、外側圧電アクチュエータ５１，５２の制御のように、機械的制御とならず、レーザ光源１１への通電量を制御するだけで達成できるので、制御が簡単となるとともに、照射領域における照度の均一化の精度が向上する。
【００７５】
さらに、従来のように走査光の主走査方向が左右方向である場合には、走査光が遠方部分に留まる時間が相対的に長くなるので、レーザ光源１１を大光量に維持する時間が長くなる。このため、レーザ光源１１の発熱量が増大して、レーザ光源１１の発光効率を低下させる。これを補償するために、従来技術では、レーザ光源１１の通電量を増大すると、レーザ光源１１の発熱量がさらに増大して発光効率が低下するという悪循環につながり易い。
【００７６】
これに対し、車両用前照灯１０では、走査光の主走査方向が上下方向とされる結果、反射光が照射領域の遠方部分を照射する期間としてレーザ光源１１の光量を大きくする期間と、反射光が照射領域の近傍部分の照射する期間としてレーザ光源１１の光量を小さくする期間との切替周波数（頻度）が増大するので、レーザ光源１１を連続的に大光量にする各期間は短縮される。これにより、レーザ光源１１の発熱が適当な間隔で低減するので、発光効率の低下が回避される。
【００７７】
図５では、レーザ光源１１の光量は、上下方向走査周期における上下角βの変化に対して２段切替になっているが、βが増大するにつれてレーザ光源１１の光量を増大させるのであれば、３段以上の切替や無段階制御にすることもできる。
【００７８】
図６は、任意のカットライン８１をレーザ光源１１のＯＮ（オン：点灯）・ＯＦＦ（オフ：消灯）制御より生成する制御についての説明図である。図６では、車両用前照灯１０を装備する車両は、道路の左側レーンを走行しており、走行レーンの右隣りのレーンは対向車が走行するレーンであると想定している。カットライン８１の右側部分は、対向車側の照射領域に相当し、対向車の運転手が車両用前照灯１０の反射光により眩惑しないように、対向車の運転手の目の高さより低くなるように、左側部分に対して低く設定される。
【００７９】
図６における光スポット８０の軌跡は、反射部２の回動を説明する便宜上、レーザ光源１１を常時通電状態に保持した場合の軌跡となっている。実際には、後述するように、反射部２を回動しつつ、所定の回動角度範囲では、レーザ光源１１をオフにするので、反射部２の回動運動は維持されるが、光スポット８０の軌跡は生じず、空軌跡（目に見えない軌跡）となる。
【００８０】
前述の図４では、左右方向走査周期における光スポット８０の往路期間の軌跡と復路期間の軌跡とは（ａ）及び（ｂ）に別々に示したが、図６では、１つの図にまとめて示している。図６の場合も、往路期間と復路期間では、軌跡における光スポット８０の進行方向が逆になる。
【００８１】
制御部１２は、上側折り返し点８３がカットライン８１より上となるように、かつ上側折り返し点８３が光スポット８０の左右方向走査位置に関係なく固定されるように、内側圧電アクチュエータ３１，３２を介してＹ軸回りの反射部２の回動角を制御する。Ｙ軸回りの反射部２の回動角の上側折り返し点を固定して任意のカットライン８１を生成することは、制御部１２による内側圧電アクチュエータ３１，３２の制御を簡単化する。
【００８２】
制御部１２は、また、もしレーザ光源１１をオンにしていたならば、光スポット８０がカットライン８１より上を走査する期間において、レーザ光源１１をオフに維持する。具体的には、制御部１２は、反射部２のＸ軸回り及びＹ軸回りの回動角から走査位置を検出して、反射光がカットライン８１を下から上へ越える走査位置が検出されたら、レーザ光源１１をオンからオフへ切り替え、また、反射光がカットライン８１を上から下へ越える走査位置が検出されたら、レーザ光源１１をオフからオンへ切り替える。
【００８３】
これにより、反射部２は、内側圧電アクチュエータ３１，３２により反射光をカットライン８１より上の範囲へ向けるように制御されるものの、反射光はカットライン８１より上の範囲では照射されず、該上の範囲は闇状態になる。
【００８４】
図６では、レーザ光源１１をオン、オフさせることしか示していないが、図６のオン・オフ制御と合わせて、図４のレーザ光源１１の光量制御を実施することもできる。この場合、レーザ光源１１は、各上下方向走査周期のオフ期間において冷却されるので、照射領域の遠方部に対するレーザ光源１１の光量増大にもかかわらず、レーザ光源１１の発光効率の低下が防止される。
【００８５】
以上のとおり実施形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、光源としては、レーザ光源１１に限定されず、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を使用することもできる。また、コリメータレンズを光源と反射部との間に配置して、光源として、ＨＩＤ（High Intensity Discharge lamp）又はハロゲンランプを使用することもできる。
【符号の説明】
【００８６】
２・・・反射部、１０・・・車両用前照灯、１１・・・レーザ光源（光源）、１２・・・制御部（光量制御部）、３１，３２・・・内側圧電アクチュエータ、５１，５２・・・外側圧電アクチュエータ、８０・・・光スポット、８１・・・カットライン、８２・・・下側折り返し点、８３・・・上側折り返し点。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両前方の照射領域に光を照射する車両用前照灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両前方の照射領域をスポット光で走査することで照射領域を照らす車両用前照灯が知られている。例えば、特許文献１に記載された走査型車両用前照灯は、光源と、光源からの入射光を反射した反射光を車両前方へ出射する反射部と、車両前方の照射領域を反射光により上下方向及び左右方向にそれぞれ走査するように反射部をそれぞれ第１及び第２の軸線回りに回動させるアクチュエータとを備える（特許文献１の図１２及び図１３）。
【０００３】
上記の車両用前照灯は、主走査方向（走査周波数が大となる走査方向）及び副走査方向（走査周波数が小となる走査方向）をそれぞれ左右方向及び上下方向に設定している（特許文献１：図１３の横縞線）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４８７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された従来の走査式車両用前照灯では、走査光の主走査方向、すなわちアクチュエータが高速で反射部を操作しなければならない作動方向が、反射部の回動角度範囲の大きい左右方向に設定されているため、アクチュエータの負担が増大し、その結果、アクチュエータの耐久性が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、反射部を駆動するアクチュエータの負担を軽減するとともに、アクチュエータの耐久性を向上させた車両用前照灯を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光源と、前記光源からの入射光を反射した反射光を車両前方へ出射する反射部と、車両前方の照射領域を前記反射光により上下方向及び左右方向にそれぞれ走査するように前記反射部をそれぞれ第１及び第２の軸線回りに回動させるアクチュエータと、前記反射光の上下方向の走査周波数が左右方向の走査周波数より大となるように前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、反射光の上下方向の走査周波数が左右方向の走査周波数より大きくなるようにアクチュエータを制御することにより、反射光の主走査方向は上下方向となる。これにより、アクチュエータは反射部の回動角度範囲の小さい上下方向に高速で作動すればよいので、アクチュエータの負担が軽減され、アクチュエータの耐久性が向上する。
【０００９】
ところで、水平な照射領域においては、遠方ほど、上下回動用軸線回りの反射部の単位回動角当たりの反射光の照射面積が増大するので、そのような照射領域における照度を均一化するためには、反射光が照射領域の遠方部分を照射している時ほど、上下回動用軸線回りの反射部の回動速度を減少させる必要がある。しかしながら、そのために反射部の機械的な回動速度を高精度で制御することは難しい。
【００１０】
そこで、光源の光量制御により遠方部分の照射量を増大するならば、機械的運動の回動速度を増減することなく照射先の照度を制御することができるので、制御が簡単となる。しかしながら、従来のように走査光の主走査方向が左右方向である場合には、走査光が遠方部分に留まる時間が相対的に長くなるので、光源を大光量に維持する時間が長くなる。このため、光源の発熱量が増大して、光源の発光効率を低下させる。これを補償するために光源の通電量を増大すると、光源の発熱量がさらに増大して発光効率が低下するという悪循環につながり易い。
【００１１】
この問題点は、本発明の車両用前照灯によれば、反射光による上下方向走査の周期において、前記照射領域の上側範囲の走査期間では前記照射領域の下側範囲の走査期間よりも反射光の光量が増大するように制御することで解決される。
【００１２】
すなわち、本発明の車両用前照灯は、前記反射光による上下方向走査周期において、照射領域の上側範囲の走査期間では照射領域の下側範囲の走査期間よりも前記反射光の光量が増大するように光源の光量を制御する光量制御部を備えることが好ましい。これによれば、反射光の照射方向に応じて第１軸線回りの反射部の回動速度を増減する制御を行わなくても、照射領域の遠方領域部分の照度を増大させて照射領域の照度を均一化することができる。
【００１３】
また、反射光の主走査方向を上下方向とすることにより、反射光が照射領域の遠方部分を照射する期間として光源の光量を大きくする期間と、反射光が照射領域の近傍部分の照射する期間として光源の光量を小さくする期間との切替周波数が増大するので、光源を連続的に大光量にする各期間は短縮される。この結果、光源の発熱が低減するので、発光効率の低下が回避される。こうして、発光効率低下を回避しつつ、照射領域の遠方部分の照度増大を図ることができる。
【００１４】
本発明において、前記アクチュエータ制御部は、上下方向走査の上側折り返し点が前記照射領域のカットラインより上となるように前記アクチュエータを制御し、前記光量制御部は、各上下方向走査周期において前記照射領域のカットラインより上の範囲の上下方向走査期間では前記光源を消灯することが好ましい。
【００１５】
ここで、カットラインは、左右方向位置に関係なく一律の高さに設定されず、左右方向位置に応じて高さが変化するように設定されることがある。また、カットラインは、アクチュエータによる反射部の上側の折り返し回動角の制御によらず、第１の軸線回りの回動角に応動して光源の点灯と消灯とを切替えることによって生成される。これにより、第１の軸線回りの反射部の回動角度範囲は固定して、アクチュエータの制御を単純化しつつ、任意のカットラインを生成することができる。
【００１６】
本発明において、前記光量制御部は、前記光源への連続通電における電流値の増減又は前記光源の不連続通電パルスのパルス幅の増減に基づいて、前記光源の光量を制御することができる。これにより、光源の光量を円滑に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】車両用前照灯の模式図。
【図２】車両用前照灯から出射される走査光の走査角についての説明図。
【図３】光偏向器の詳細な構造図。
【図４】反射部からの反射光の走査パターンを示す図。
【図５】車両用前照灯におけるレーザ光源の光量と反射光の上下角との関係を示す図。
【図６】任意のカットラインをレーザ光源のオン・オフ制御より生成する制御についての説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１において、車両用前照灯１０の主要構成について説明する。車両用前照灯１０は、車両（図示せず）の前方へ向けて、該車両の前部の左右にそれぞれ配備される。これは、光偏向器１と、光偏向器１の反射部２へレーザ光を出射するレーザ光源１１と、レーザ光源１１の光量を制御する光量制御部及び反射部２の回動角を制御するアクチュエータ制御部としての制御部１２とを備えている。
【００１９】
反射部２は、後述するように、相互に直角のＸ軸及びＹ軸の回りに回動し、レーザ光源１１からの入射光を反射した反射光の向きを車両の前方の照射領域に対し所定の周期で上下左右に変化させる。なお、Ｘ軸及びＹ軸はそれぞれ本発明の第２及び第１軸線に相当する。
【００２０】
図２において、車両用前照灯１０から出射されるスポット光の走査角について説明する。車両用前照灯１０からのスポット光は、レーザ光源１１から出射される指向性の強い光であって光偏向器１の反射部２において反射した反射光であるので、以下、これを反射光という。
【００２１】
図２（ａ）は、車両用前照灯１０を上方から見て、反射光の左右方向の走査角度範囲を示している。左右角αは、車両用前照灯１０内の入射光の反射点を通る鉛直線の回りの角度として定義され、車両用前照灯１０の真左をα＝０°として、αの正方向を時計方向としている。この場合、車両用前照灯１０のまっすぐ前方はα＝９０°、車両用前照灯１０の真右はα＝１８０°となる。αＬ，αＲは、反射光がそれぞれ最も左側及び右側に向けられた時の左右角αである。反射光の左右方向の走査角度範囲は、αＬ（＝６５°）〜αＲ（＝１１５°）に設定され、α＝９０°を中心とする５０°になる。
【００２２】
図２（ｂ）は、車両用前照灯１０を側方から見て、反射光の上下方向の走査角度範囲を示している。図２（ｂ）の右方が車両の前方になる。上下角βは、車両用前照灯１０内の入射光の反射点を通る左右水平線の回りの角度として定義され、垂直方向真下をβ＝０°として、βの正方向を反時計方向としている。この場合、車両用前照灯１０のまっすぐ前方はβ＝９０°となる。βＬ，βＵは、反射光がそれぞれ最も下側及び上側に向けられた時の上下角βである。反射光の上下方向走査角度範囲は、βＬ（＝８０°）〜βＵ（＝９０°）の１０°となる。
【００２３】
このように、車両用前照灯１０からの前方の照射領域に向けて出射される反射光の走査角は、左右方向が５０°であるのに対し、上下方向は１０°となり、上下方向が左右方向に比べて格段に小さい。
【００２４】
なお、αＬ，αＲ，βＬ，βＵは、レーザ光源１１が通電状態になっていて、反射光が実際に車両の前方へ出射するときの照射領域の左右及び上下の境界線を規定する角度となっている。αＬ〜αＲ及びβＬ〜βＵは、反射部２の通常の回動制御（例：後述の図４の走査を実施する回動制御）では、反射部２の回動角度範囲の左右及び上下の回動角度範囲に対応付けられる角度範囲になるが、レーザ光源１１のオン、オフ制御を伴う反射部２の回動制御（例：後述の図６の走査を実施する回動制御）では、反射部２の回動角度範囲の左右及び上下の回動角度範囲に対応付けられる角度範囲より狭くなる。
【００２５】
図３を参照して、光偏向器１の具体的な構成について説明する。なお、図３では、光偏向器１は横長で図示しているが、すなわち、Ｘ軸が左右方向、また、Ｙ軸が上下方向に図示されているが、車両用前照灯１０内における光偏向器１の実際の配備では、図１に示すように、縦長で配備される。すなわち、光偏向器１の実際の配備では、Ｙ軸がおおむね左右水平方向となり、また、Ｘ軸がおおむね上下方向になる。
【００２６】
光偏向器１は、ミラーとしての反射部２と、１対の内側圧電アクチュエータ３１，３２と、内側支持部４と、１対の外側圧電アクチュエータ５１，５２と、外側支持部６とを備える。
【００２７】
反射部２は、入射した光を反射する矩形の反射面２ａと、反射面２ａを支持する矩形の反射面支持体２ｂとを備える。反射面２ａは、反射面支持体２ｂ上の金属薄膜を半導体プレーナプロセスを用いて形状加工して形成されている。
【００２８】
金属薄膜の厚みは、例えば１００〜５００ｎｍ程度とする。金属薄膜は、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等により成膜する。反射面支持体２ｂは、シリコン基板で構成される。
【００２９】
反射部２は、後で詳細に説明する支持構造により、反射部２の中心に交点を有して相互に直交しかつ反射部２の面方向に延在するＸ軸及びＹ軸の回りに回動するようになっている。光偏向器１は、図１に示したように、縦長で配置されるので、反射部２がＸ軸回りに往復回動することにより反射光の左右角αが増減し、また、反射部２がＹ軸回りに往復回動することにより反射光の上下角βが増減する。
【００３０】
内側圧電アクチュエータ３１，３２は、反射部２を挟んで対向して配置されている。内側圧電アクチュエータ３１，３２は、それらの先端部が、反射部２の１対の対向する辺にそれぞれ連結されている。この連結されている反射部２の辺は、Ｙ軸に直交する辺である。
【００３１】
内側支持部４は、矩形の枠形状に形成されており、反射部２と内側圧電アクチュエータ３１，３２とを囲むように設けられている。内側支持部４は、内側圧電アクチュエータ３１，３２の反射部２が接続されていない側のそれぞれの端部（基端部）が連結されており、内側圧電アクチュエータ３１，３２を介して反射部２を支持している。
【００３２】
外側圧電アクチュエータ５１，５２は、内側支持部４を挟んで対向して配置されている。外側圧電アクチュエータ５１，５２は、それらの先端部が、内側支持部４のＹ軸と平行な方向の１対の対向する辺にそれぞれ連結されている。
【００３３】
外側支持部６は、矩形の枠形状に形成されており、内側支持部４と外側圧電アクチュエータ５１，５２とを囲むように設けられている。外側支持部６には、外側圧電アクチュエータ５１，５２の、内側支持部４と連結されていない側の１対の他端がそれぞれ連結されている。これにより、外側支持部６は、外側圧電アクチュエータ５１，５２を介して内側支持部４を支持している。
【００３４】
内側圧電アクチュエータ３１，３２について説明する。内側圧電アクチュエータ３１，３２は、反射部２に対して上下（図３の上下）方向へ相互に反対側に上下（図３の上下）対称に配置されるだけであり、構造は同一であるので、内側圧電アクチュエータ３１についてのみ説明する。なお、内側圧電アクチュエータ３２の内側圧電カンチレバー３２Ａ〜３２Ｄは、内側圧電アクチュエータ３１の内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄにそれぞれ対応している。
【００３５】
内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄは、その長さ方向が同じになるようにそれぞれの両端部が隣り合うとともに、反射部２をＹ軸回りに揺動可能に所定の間隔で並んで配置されている。そして、内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄは、隣り合う圧電カンチレバーに対して折り返すように連結されている。
【００３６】
このように、内側圧電アクチュエータ３１は、それを形成する内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄが、所謂ミアンダ形状に形成されている。
【００３７】
内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄの内の反射部２側に配置されている内側圧電カンチレバー（以下、「１番目の内側圧電カンチレバー」という）３１Ａは、その隣り合う内側圧電カンチレバー（以下、「２番目の内側圧電カンチレバー」という）３１Ｂと連結されていない側の一端が反射部２の外周部に連結されている。
【００３８】
同様に、内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄの内の内側支持部４側に配置されている内側圧電カンチレバー（以下、「４番目の内側圧電カンチレバー」という）３１Ｄは、その隣り合う内側圧電カンチレバー（以下、「３番目の内側圧電カンチレバー」という）３１Ｃと連結されていない側の一端が内側支持部４の内周部に連結されている。
【００３９】
これにより、反射部２は、内側圧電アクチュエータ３１，３２を構成する内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄ，３２Ａ〜３２Ｄの屈曲変形によって、内側支持部４に対してＹ軸回りに揺動可能となっている。
【００４０】
次に、外側圧電アクチュエータ５１，５２について説明する。外側圧電アクチュエータ５１，５２は、反射部２に対して左右（図３の左右）方向へ相互に反対側に左右（図３の左右）対称に配置されるだけであり、構造は同一であるので、外側圧電アクチュエータ５１についてのみ説明する。なお、外側圧電アクチュエータ５２の外側圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄは、外側圧電アクチュエータ５１の外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄにそれぞれ対応している。
【００４１】
外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄは、その長さ方向が同じになるようにそれぞれの両端部が隣り合うとともに、反射部２をＸ軸回りに揺動可能に所定の間隔で並んで配置されている。そして、外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄは、隣り合う圧電カンチレバーに対して折り返すように連結されている。
【００４２】
このように、外側圧電アクチュエータ５１は、それを形成する外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄが、所謂ミアンダ形状に形成されている。
【００４３】
外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄの内の反射部２側（内側支持部４側）に配置されているカンチレバー（以下、「１番目の外側圧電カンチレバー」という）５１Ａは、その隣り合う外側圧電カンチレバー（以下、「２番目の外側圧電カンチレバー」という）５１Ｂと連結されていない側の一端が内側支持部４の外周部に連結されている。
【００４４】
同様に、外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄの内の外側支持部６側に配置されている圧電カンチレバー（以下、「４番目の外側圧電カンチレバー」という）５１Ｄは、その隣り合う外側圧電カンチレバー（以下、「３番目の外側圧電カンチレバー」という）５１Ｃと連結されていない側の一端が外側支持部６の内周部に連結されている。
【００４５】
これにより、内側支持部４は、外側圧電アクチュエータ５１，５２を構成する外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの屈曲変形によって、外側支持部６に対してＸ軸回りに揺動可能となっている。
【００４６】
なお、本実施形態の光偏向器１は、内側圧電アクチュエータ３１，３２及び外側圧電アクチュエータ５１，５２を、それぞれ４つの圧電カンチレバーで構成しているが、圧電カンチレバーの数はこれに限られるものではない。
【００４７】
複数の電極パッド６１，６２は、外側支持部６の下辺の左側部分及び右側部分にそれぞれ配設されている。電極パッド６１は、内側圧電カンチレバー３１Ａ〜３１Ｄ及び外側圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄの各電極部位に通電するものになっている。電極パッド６２は、内側圧電カンチレバー３２Ａ〜３２Ｄ及び外側圧電カンチレバー５２Ａ〜５２Ｄの各電極部位に通電するものになっている。
【００４８】
各圧電カンチレバーは、起歪体（カンチレバー本体）としての支持体の層上に、下部電極、圧電体及び上部電極を積層した構造を有する。各圧電カンチレバーに対応付けられた駆動電圧が、電極パッド６１，６２を介して、各圧電カンチレバーに対応付けられた上部電極と下部電極との間に、印加されると、この印加された上部電極と下部電極との間に積層されて各圧電カンチレバーに対応付けられた圧電体が圧電駆動により屈曲変形する。こうして、屈曲変形した圧電体に応じた支持体（圧電カンチレバー）が屈曲変形する。
【００４９】
次に、光偏向器１の作動について説明する。まず、内側圧電アクチュエータ３１，３２により、反射部２を内側支持部４に対してＹ軸回りに揺動させる場合について説明する。
【００５０】
この場合、制御部１２は、光偏向器１の電極パッド６１，６２を介して内側圧電アクチュエータ３１，３２に駆動電圧が印加される。具体的には、制御部１２は、一方の内側圧電アクチュエータ３１では、奇数番目の内側圧電カンチレバー３１Ａ，３１Ｃを、その対応電極に第１電圧Ｖy1を印加して、駆動させる。制御部１２は、これと共に、一方の内側圧電アクチュエータ３１では、偶数番目の内側圧電カンチレバー３１Ｂ，３１Ｄを、その対応電極に第２電圧Ｖy2を印加して、駆動させる。
【００５１】
さらに、制御部１２は、他方の内側圧電アクチュエータ３２では、奇数番目の内側圧電カンチレバー３２Ａ，３２Ｃを、その対応電極に第１電圧Ｖy1を印加して、駆動する。これと共に、制御部１２は、他方の内側圧電アクチュエータ３２では、偶数番目の内側圧電カンチレバー３２Ｂ，３２Ｄを、その対応電極に第２電圧Ｖy2を印加して、駆動する。
【００５２】
ここで、第１電圧Ｖy1と第２電圧Ｖy2は、互いに逆位相或いは位相のずれた交流電圧（例えば正弦波、鋸波等）である。このとき、第１電圧Ｖy1及び第２電圧Ｖy2の揺動用の電圧成分は、内側圧電アクチュエータ３１，３２の垂直方向（図３の上方向Ｕ及びその反対の方向である下方向）について、奇数番目の内側圧電カンチレバー３１Ａ，３１Ｃ，３２Ａ，３２Ｃと偶数番目の内側圧電カンチレバー３１Ｂ，３１Ｄ，３２Ｂ，３２Ｄとの角度変位が、逆方向に発生するように設定される。
【００５３】
例えば、Ｙ軸回りに揺動するとき、内側圧電アクチュエータ３１，３２の先端部を上方向（図３に示す方向Ｕ）に変位させる場合には、奇数番目の内側圧電カンチレバー３１Ａ，３１Ｃ，３２Ａ，３２Ｃを上方向に変位させ、偶数番目の内側圧電カンチレバー３１Ｂ，３１Ｄ，３２Ｂ，３２Ｄを下方向に変位させる。内側圧電アクチュエータ３１，３２の先端部を下方向に変位させるには、奇数番目の内側圧電カンチレバー３１Ａ，３１Ｃ，３２Ａ，３２Ｃを下方向に変位させ、偶数番目の内側圧電カンチレバー３１Ｂ，３１Ｄ，３２Ｂ，３２Ｄを上方向に変位させる。
【００５４】
これにより、奇数番目の内側圧電カンチレバー３１Ａ，３１Ｃ，３２Ａ，３２Ｃと、偶数番目の内側圧電カンチレバー３１Ｂ，３１Ｄ，３２Ｂ，３２Ｄとが、互いに逆方向に屈曲変形する。
【００５５】
外側圧電アクチュエータ５１，５２により、反射部２を外側支持部６に対してＸ軸回りに揺動させる場合は、制御部１２は、光偏向器１の電極パッド６１，６２を介して外側圧電アクチュエータ５１，５２に駆動電圧を印加する。具体的には、制御部１２は、一方の外側圧電アクチュエータ５１では、奇数番目の外側圧電カンチレバー５１Ａ，５１Ｃを、その対応電極に第３電圧Ｖx1を印加して、駆動する。制御部１２は、これと共に、一方の外側圧電アクチュエータ５１では、偶数番目の外側圧電カンチレバー５１Ｂ，５１Ｄを、その対応電極に第４電圧Ｖx2を印加して、駆動する。
【００５６】
以上のように、光偏向器１は、反射部２をＹ軸回りに揺動すると共に内側支持部４をＸ軸回りに揺動することで、反射部２を様々な角度に駆動させることができ、反射面２ａに入射した光を様々な角度に出射することができる。
【００５７】
なお、内側圧電アクチュエータ３１，３２及び外側圧電アクチュエータ５１，５２は、圧電体を含む圧電カンチレバー３２Ａ〜３２Ｄ及び圧電カンチレバー５１Ａ〜５１Ｄを構成要素として装備しているので、内側圧電アクチュエータ３１，３２及び外側圧電アクチュエータ５１，５２は、反射部２をＹ軸回り及びＸ軸回りに回動させるアクチュエータとしての役割と共に、反射部２をＹ軸回り及びＸ軸回りに回動可能に内側支持部４及び外側支持部６に連結する可動連結部としての役割を持つものとなっている。したがって、内側圧電アクチュエータ３１，３２及び外側圧電アクチュエータ５１，５２の負担軽減及び耐久性向上は重要課題となる。
【００５８】
図４は、反射部２からの反射光が、車両用前照灯１０からのスポット光として車両前方の照射領域を走査する走査パターンを示している。車両用前照灯１０の反射光による走査パターンを分かり易くするために、車両用前照灯１０の前方の所定距離に、α＝９０°の軸線とβ＝９０°の軸線との両方に対して垂直に立てた仮想スクリーンを想定し、車両用前照灯１０からの反射光が該仮想スクリーン上に生成する走査パターンを示している。
【００５９】
図４（ａ）は反射光の左右方向走査周期の往路期間における反射光の走査パターンであり、図４（ｂ）は反射光の左右方向走査周期の復路期間における反射光の走査パターンとなっている。
【００６０】
図４に示すように、光偏向器１からの反射光は仮想スクリーンに光スポット８０を生成する。図４の走査パターンは、カットライン８１の下側で光スポット８０の走査軌跡として示されており、走査軌跡における矢の向きは光スポット８０の移動方向を示している。
【００６１】
図４において、反射光による上下方向走査の１周期は、仮想スクリーン上で光スポット８０が下側折り返し点８２又は上側折り返し点８３を出発し、次の下側折り返し点８２又は上側折り返し点８３に戻るまでの期間である。また、反射光による左右方向走査の１周期は、仮想スクリーン上で光スポット８０が左側折り返し点８４又は右側折り返し点８５を出発し、再び同一の左側折り返し点８４又は右側折り返し点８５に戻るまでの期間である。
【００６２】
したがって、反射光の上下方向走査周波数は、上下方向走査周期の逆数となる。また、反射光の左右方向走査周波数は、左右方向走査周期の逆数となる。
【００６３】
前述したように、車両用前照灯１０では、反射光の主走査方向及び副走査方向がそれぞれ上下方向及び左右方向に設定されるので、反射光の上下方向走査周波数は左右方向走査周波数より大きく設定される。光スポット８０の左右方向走査周期の往路期間では、図４（ａ）に示されるように、光スポット８０の上下方向走査周期における左右方向照射部分が照射領域において左から右へ１ピッチずつ移動する。復路期間では、図４（ｂ）に示されるように、光スポット８０の上下方向走査周期における左右方向照射部分が照射領域において右から左へ１ピッチずつ移動する。
【００６４】
図４では、カットライン８１が、水平に設定されており、すなわち左右方向位置に関係なく、等しい高さに設定されている。また、レーザ光源１１は常時点灯状態になっている。光スポット８０の上下方向走査周期の上側走査折り返し点８３は、光スポット８０の高さに揃えられている。
【００６５】
光偏向器１において、内側圧電アクチュエータ３１，３２は反射部２の高周波数の往復回動用に用いられ、外側圧電アクチュエータ５１，５２は反射部２の低周波数の往復回動用に用いられる。
【００６６】
したがって、反射光の主走査方向及び副走査方向をそれぞれ左右方向及び上下方向に設定する従来の車両用前照灯では、光偏向器１は、図３のように、横長の状態で車両用前照灯のケーシング内に配備される。すなわち、従来の車両用前照灯では、光偏向器１は、相互に直交するＸ軸及びＹ軸が、それぞれ概ね水平方向及び概ね上下方向になるように、配設されていた。
【００６７】
これに対し、反射光の主走査方向及び副走査方向をそれぞれ上下方向及び左右方向に設定する車両用前照灯１０では、光偏向器１は、図１のように、縦長の状態で車両用前照灯のケーシング内に配備される。すなわち、光偏向器１は、相互に直交するＸ軸及びＹ軸が、それぞれ概ね上下方向及び概ね水平方向になるように、配設される。
【００６８】
従来の車両用前照灯も、本発明の実施例の車両用前照灯１０も、内側圧電アクチュエータ３１，３２が、反射光を高速の主走査方向に振らせている。しかしながら、従来の車両用前照灯では、主走査方向が反射光の走査角度範囲の大きい左右方向になるので（図２（ａ）の５０°）、内側圧電アクチュエータ３１，３２は、大きな回動範囲を高速で作動する必要があり、このため、負担が増大するとともに、耐久性が低下する。
【００６９】
これに対し、本発明の実施例の車両用前照灯１０では、主走査方向が反射光の走査角度範囲の小さい上下方向になって、内側圧電アクチュエータ３１，３２は、回動範囲を高速で作動する必要があるものの、回動範囲が大幅に縮小し（図２（ｂ）の１０°）する。この結果、内側圧電アクチュエータ３１，３２の負担が大幅に減少するとともに、耐久性が向上する。
【００７０】
図５は、車両用前照灯１０におけるレーザ光源１１の光量と反射光の上下角βとの関係を示している。レーザ光源１１の光量は、βに応じて２段階に切替えられる。すなわち、βMを、レーザ光源１１の光量を大及び小に切り替える上下角βと定義し、βL≦β＜βMでは小光量とされ、βM≦β≦βUでは大光量とされる。
【００７１】
レーザ光源１１の光量の制御は、具体的には、制御部１２がレーザ光源１１の通電量を制御することにより行われる。レーザ光源１１は、通電量を大きくされるほど、発光量を増大させる。制御部１２によるレーザ光源１１の通電量の制御の具体的な仕方としては、（ａ）レーザ光源１１は連続通電とし、その連続通電電流値を増減することや、（ｂ）レーザ光源１１へ所定周波数で不連続通電パルスを供給し、該不連続通電パルスのパルス幅（デューティ比）を増減することが挙げられる。
【００７２】
βL≦β＜βMは、反射光が、その上下方向走査周期において、照射領域の車両近辺部分を走査している期間の上下角βに相当し、βM≦β≦βUは遠方部分を走査している期間の上下角βに相当する。外側圧電アクチュエータ５１，５２によるＸ軸回りの反射部２の回動が等速であるときは、水平の照射領域における光スポット８０の遠近方向走査速度は車両から遠方の地点ほど高速かつ大直径になるので、もしレーザ光源１１の光量が一定であれば、水平の照射領域において遠方の地点ほど、照度が低下してしまう。
【００７３】
これに対処するために、外側圧電アクチュエータ５１，５２によるＹ軸回りの反射部２の回動速度を、反射光が遠方部分を照射しているときほど、低速とする制御が考えられる。しかし、これだと、反射部２の機械的な高速回動を、所定の精度の速度増減により制御しなければならないので、外側圧電アクチュエータ５１，５２の制御が難しくなる。
【００７４】
これに対し、車両用前照灯１０では、図５のように、レーザ光源１１の光量制御を実施することにより、照射領域の遠方部分を照射している期間は、光スポット８０を明るくすることにより、照射領域の照度を均一化する。レーザ光源１１の光量制御は、外側圧電アクチュエータ５１，５２の制御のように、機械的制御とならず、レーザ光源１１への通電量を制御するだけで達成できるので、制御が簡単となるとともに、照射領域における照度の均一化の精度が向上する。
【００７５】
さらに、従来のように走査光の主走査方向が左右方向である場合には、走査光が遠方部分に留まる時間が相対的に長くなるので、レーザ光源１１を大光量に維持する時間が長くなる。このため、レーザ光源１１の発熱量が増大して、レーザ光源１１の発光効率を低下させる。これを補償するために、従来技術では、レーザ光源１１の通電量を増大すると、レーザ光源１１の発熱量がさらに増大して発光効率が低下するという悪循環につながり易い。
【００７６】
これに対し、車両用前照灯１０では、走査光の主走査方向が上下方向とされる結果、反射光が照射領域の遠方部分を照射する期間としてレーザ光源１１の光量を大きくする期間と、反射光が照射領域の近傍部分の照射する期間としてレーザ光源１１の光量を小さくする期間との切替周波数（頻度）が増大するので、レーザ光源１１を連続的に大光量にする各期間は短縮される。これにより、レーザ光源１１の発熱が適当な間隔で低減するので、発光効率の低下が回避される。
【００７７】
図５では、レーザ光源１１の光量は、上下方向走査周期における上下角βの変化に対して２段切替になっているが、βが増大するにつれてレーザ光源１１の光量を増大させるのであれば、３段以上の切替や無段階制御にすることもできる。
【００７８】
図６は、任意のカットライン８１をレーザ光源１１のＯＮ（オン：点灯）・ＯＦＦ（オフ：消灯）制御より生成する制御についての説明図である。図６では、車両用前照灯１０を装備する車両は、道路の左側レーンを走行しており、走行レーンの右隣りのレーンは対向車が走行するレーンであると想定している。カットライン８１の右側部分は、対向車側の照射領域に相当し、対向車の運転手が車両用前照灯１０の反射光により眩惑しないように、対向車の運転手の目の高さより低くなるように、左側部分に対して低く設定される。
【００７９】
図６における光スポット８０の軌跡は、反射部２の回動を説明する便宜上、レーザ光源１１を常時通電状態に保持した場合の軌跡となっている。実際には、後述するように、反射部２を回動しつつ、所定の回動角度範囲では、レーザ光源１１をオフにするので、反射部２の回動運動は維持されるが、光スポット８０の軌跡は生じず、空軌跡（目に見えない軌跡）となる。
【００８０】
前述の図４では、左右方向走査周期における光スポット８０の往路期間の軌跡と復路期間の軌跡とは（ａ）及び（ｂ）に別々に示したが、図６では、１つの図にまとめて示している。図６の場合も、往路期間と復路期間では、軌跡における光スポット８０の進行方向が逆になる。
【００８１】
制御部１２は、上側折り返し点８３がカットライン８１より上となるように、かつ上側折り返し点８３が光スポット８０の左右方向走査位置に関係なく固定されるように、内側圧電アクチュエータ３１，３２を介してＹ軸回りの反射部２の回動角を制御する。Ｙ軸回りの反射部２の回動角の上側折り返し点を固定して任意のカットライン８１を生成することは、制御部１２による内側圧電アクチュエータ３１，３２の制御を簡単化する。
【００８２】
制御部１２は、また、もしレーザ光源１１をオンにしていたならば、光スポット８０がカットライン８１より上を走査する期間において、レーザ光源１１をオフに維持する。具体的には、制御部１２は、反射部２のＸ軸回り及びＹ軸回りの回動角から走査位置を検出して、反射光がカットライン８１を下から上へ越える走査位置が検出されたら、レーザ光源１１をオンからオフへ切り替え、また、反射光がカットライン８１を上から下へ越える走査位置が検出されたら、レーザ光源１１をオフからオンへ切り替える。
【００８３】
これにより、反射部２は、内側圧電アクチュエータ３１，３２により反射光をカットライン８１より上の範囲へ向けるように制御されるものの、反射光はカットライン８１より上の範囲では照射されず、該上の範囲は闇状態になる。
【００８４】
図６では、レーザ光源１１をオン、オフさせることしか示していないが、図６のオン・オフ制御と合わせて、図４のレーザ光源１１の光量制御を実施することもできる。この場合、レーザ光源１１は、各上下方向走査周期のオフ期間において冷却されるので、照射領域の遠方部に対するレーザ光源１１の光量増大にもかかわらず、レーザ光源１１の発光効率の低下が防止される。
【００８５】
以上のとおり実施形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、光源としては、レーザ光源１１に限定されず、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を使用することもできる。また、コリメータレンズを光源と反射部との間に配置して、光源として、ＨＩＤ（High Intensity Discharge lamp）又はハロゲンランプを使用することもできる。
【符号の説明】
【００８６】
２・・・反射部、１０・・・車両用前照灯、１１・・・レーザ光源（光源）、１２・・・制御部（光量制御部）、３１，３２・・・内側圧電アクチュエータ、５１，５２・・・外側圧電アクチュエータ、８０・・・光スポット、８１・・・カットライン、８２・・・下側折り返し点、８３・・・上側折り返し点。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの入射光を反射した反射光を車両前方へ出射する反射部と、
車両前方の照射領域を前記反射光により上下方向及び左右方向にそれぞれ走査するように前記反射部をそれぞれ第１及び第２の軸線回りに回動させるアクチュエータと、
前記反射光の上下方向の走査周波数が左右方向の走査周波数より大となるように前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部とを備えることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項２】
請求項１記載の車両用前照灯において、
前記反射光での上下方向走査周期において、前記照射領域の上側範囲の走査期間では前記照射領域の下側範囲の走査期間よりも前記反射光の光量が増大するように前記光源の光量を制御する光量制御部を備えることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項３】
請求項２記載の車両用前照灯において、
前記アクチュエータ制御部は、上下方向走査の上側折り返し点が前記照射領域のカットラインより上となるように前記アクチュエータを制御し、
前記光量制御部は、各上下方向走査周期において前記照射領域のカットラインより上の範囲の上下方向走査期間では前記光源を消灯することを特徴とする車両用前照灯。
【請求項４】
請求項２又は３記載の車両用前照灯において、
前記光量制御部は、前記光源の光量を、前記光源への連続通電における電流値の増減又は前記光源の不連続通電パルスのパルス幅の増減に基づいて、制御することを特徴とする車両用前照灯。
【請求項１】
光源と、
前記光源からの入射光を反射した反射光を車両前方へ出射する反射部と、
車両前方の照射領域を前記反射光により上下方向及び左右方向にそれぞれ走査するように前記反射部をそれぞれ第１及び第２の軸線回りに回動させるアクチュエータと、
前記反射光の上下方向の走査周波数が左右方向の走査周波数より大となるように前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部とを備えることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項２】
請求項１記載の車両用前照灯において、
前記反射光での上下方向走査周期において、前記照射領域の上側範囲の走査期間では前記照射領域の下側範囲の走査期間よりも前記反射光の光量が増大するように前記光源の光量を制御する光量制御部を備えることを特徴とする車両用前照灯。
【請求項３】
請求項２記載の車両用前照灯において、
前記アクチュエータ制御部は、上下方向走査の上側折り返し点が前記照射領域のカットラインより上となるように前記アクチュエータを制御し、
前記光量制御部は、各上下方向走査周期において前記照射領域のカットラインより上の範囲の上下方向走査期間では前記光源を消灯することを特徴とする車両用前照灯。
【請求項４】
請求項２又は３記載の車両用前照灯において、
前記光量制御部は、前記光源の光量を、前記光源への連続通電における電流値の増減又は前記光源の不連続通電パルスのパルス幅の増減に基づいて、制御することを特徴とする車両用前照灯。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−８４５３０（Ｐ２０１３−８４５３０Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５３６６（Ｐ２０１１−２２５３６６）
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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