WO2013031210A1 - 車両用前照灯装置 - Google Patents

Abstract

　車両用前照灯装置１０は、複数のＬＥＤチップ１２が互いに間隔をもって配置されている光源１４と、光源１４から出射した光を車両前方に光源像として投影する投影レンズ１６と、を備える。複数のＬＥＤチップ１２は、投影レンズ１６の焦点よりも前方に配置されている。ＬＥＤチップ１２は、その発光面が車両前方を向くように配置されていてもよい。ＬＥＤチップ１２は、その発光面が矩形であり、該発光面の辺が車幅方向に対して斜めになるように配置されていてもよい。

Description

車両用前照灯装置

　本発明は、車両用前照灯装置に関する。

　従来、複数の半導体発光素子をマトリックス状に配置した光源と、集光レンズとを備え、所定の配光パターンで前方を照射するように構成されている車両用の照明装置が考案されている（例えば、特許文献１）。

　また、従来、マトリックス状に上下左右に隣接配置された複数の発光ダイオードを備えた光源によって、異なる照度分布を生成可能な照明装置が考案されている（例えば、特許文献１）。

　また、このような照明装置は、複数の半導体発光素子の一部を選択点灯したり、点灯する際の通電量を制御することで種々の配光パターンを実現している。

特開２００１－２６６６２０号公報

　しかしながら、隣接する半導体発光素子の間に隙間があると、半導体発光素子間の暗部が投影されることで配光パターンに模様が現れることがあり、運転者に違和感を与えてしまう。

　また、マトリックス状に配列されている発光ダイオード一つ一つが所定の明るさとなるように、発光ダイオード毎に投入電流を監視し、所定電流となるように制御する場合、駆動回路が発光ダイオード毎に必要となる。そのため、装置全体のコストが増大する。

　また、車両用前照灯装置は、状況に応じて集光した配光パターンや拡散した配光パターンを形成できるとよい。

　本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、光源像に対する違和感を抑制する技術を提供することにある。

　また、本発明の他の目的の一つは、構成を簡易にし、コストを低減した車両用前照灯装置を提供することにある。

　また、本発明の他の目的の一つは、集光および拡散した配光パターンの形成が可能な車両用前照灯装置を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用前照灯装置は、複数の半導体発光素子が互いに間隔をもって配置されている光源と、光源から出射した光を車両前方に光源像として投影する投影レンズと、を備える。複数の半導体発光素子は、投影レンズの焦点よりも前方に配置されている。

　この態様によると、隣接する半導体発光素子の間の暗部が、投影された光源像において目立たなくなる。

　半導体発光素子は、その発光面が車両前方を向くように配置されていてもよい。これにより、リフレクタなどの反射部材が必要なくなる。

　半導体発光素子は、その発光面が矩形であり、該発光面の辺が車幅方向に対して斜めになるように配置されていてもよい。これにより、斜めのカットオフラインを形成しやすくなる。また、水平方向のカットオフラインをぼかすことができる。

　半導体発光素子は、投影レンズの焦点距離をｆ［ｍｍ］とすると、該半導体発光素子と投影レンズとの距離が０．９８ｆ以下となるように配置されていてもよい。これにより、

　半導体発光素子は、投影レンズの焦点距離をｆ［ｍｍ］、該半導体発光素子の発光面の一辺をＷ［ｍｍ］、該半導体発光素子と隣接している半導体発光素子とのピッチをＰ［ｍｍ］とすると、該半導体発光素子と投影レンズとの距離が（（Ｐ－Ｗ）／Ｐ）×ｆ以上となるように配置されていてもよい。

　本発明の別の態様もまた、車両用前照灯装置である。この車両用前照灯装置は、複数の半導体発光素子がマトリックス状に配列されており、車両前方へ光を照射可能な光源と、光源に含まれる複数の半導体発光素子の点消灯を制御する制御部と、を備える。複数の半導体発光素子は、車両前方の照射領域に含まれる第１の区画へ向かう光を出射する複数の第１半導体発光素子と、照射領域に含まれる、第１の区画とは異なる第２の区画へ向かう光を出射し、第１半導体発光素子とは異なる特性を有する複数の第２半導体発光素子と、を含む。制御部は、第１半導体発光素子の数よりも少ない数のグループに分けられた複数の第１半導体発光素子を、グループ毎に駆動する第１駆動部と、第２半導体発光素子の数よりも少ない数のグループに分けられた複数の第２半導体発光素子を、グループ毎に駆動する第２駆動部と、を有する。

　この態様によると、駆動するグループの数が半導体発光素子の数より少なくなるため、駆動部の構成を簡略化できる。また、照射領域に含まれる各区画に対応した適切な特性の半導体発光素子を選択することで、光源のコストを低減できる。

　第１半導体発光素子は、第２半導体発光素子と比較して、同じ電流を流したときの輝度が異なる素子で構成されていてもよい。これにより、照射領域に含まれる各区画によって明るさを変えることが容易となる。

　第１半導体発光素子は、第２半導体発光素子と比較して、順電流の最大定格が異なる素子で構成されていてもよい。これにより、照射領域に含まれる各区画によって明るさを変えることが容易となる。

　第１半導体発光素子は、第１の区画が照射領域の中央部を含むように配置されており、制御部は、第１半導体発光素子の輝度が第２半導体発光素子の輝度よりも高くなるように該第１半導体発光素子および該第２半導体発光素子の点消灯を制御してもよい。これにより、照射領域の中央部をより明るくすることができる。

　複数の半導体発光素子は、その発光面が車両前方を向くように配置されていてもよい。これにより、リフレクタなどの反射部材が必要なくなる。

　複数の半導体発光素子は、その発光面が矩形であり、該発光面の辺が車幅方向に対して斜めになるように配置されていてもよい。これにより、斜めのカットオフラインを形成しやすくなる。また、水平方向のカットオフラインをぼかすことができる。

　本発明の他の態様もまた、車両用前照灯装置である。この装置は、複数の半導体発光素子がマトリックス状に配列されており、車両前方へ光を照射可能な光源と、光源に含まれる複数の半導体発光素子の点消灯を制御する制御部と、を備える。複数の半導体発光素子は、半導体発光素子がマトリックス状に配列されている領域の第１のブロックに配置されている複数の第１半導体発光素子と、半導体発光素子がマトリックス状に配列されている領域の、第１のブロックとは異なる第２のブロックに配置され、第１半導体発光素子とは異なる特性を有する複数の第２半導体発光素子と、を含む。制御部は、第１半導体発光素子の数よりも少ない数のグループに分けられた複数の第１半導体発光素子を、グループ毎に駆動する第１駆動部と、第２半導体発光素子の数よりも少ない数のグループに分けられた複数の第２半導体発光素子を、グループ毎に駆動する第２駆動部と、を有する。

　この態様によると、駆動するグループの数が半導体発光素子の数より少なくなるため、駆動部の構成を簡略化できる。また、半導体発光素子がマトリックス状に配列されている領域に含まれる各ブロックに対応した適切な特性の半導体発光素子を選択することで、光源のコストを低減できる。

　本発明の更に別の態様もまた、車両用前照灯装置である。この装置は、複数の半導体発光素子が互いに間隔をもって配置されている光源と、光源から出射した光を車両前方に光源像として投影する投影レンズと、投影レンズの車両前方側に設けられ、光源像の倍率を変化させる倍率変化機構と、を備える。

　この態様によると、投影レンズや光源の位置を変えずに光源像の倍率を変えることができる。

　複数の半導体発光素子は、投影レンズの焦点よりも前方に配置されていてもよい。これにより、隣接する半導体発光素子の間の暗部が、投影された光源像において目立たなくなる。

　半導体発光素子は、その発光面が車両前方を向くように配置されていてもよい。これにより、リフレクタなどの反射部材が必要なくなる。

　半導体発光素子は、その発光面が矩形であり、該発光面の辺が車幅方向に対して斜めになるように配置されていてもよい。これにより、斜めのカットオフラインを形成しやすくなる。また、水平方向のカットオフラインをぼかすことができる。

　倍率変化機構は、光源像の車幅方向への倍率の変化が上下方向への倍率の変化よりも大きくなるように構成されている光学系であってもよい。これにより、車幅方向の広い範囲を対象とした集光、拡散配光パターンの形成が可能となる。

　光学系は、アナモルフィックレンズ系であってもよい。これにより、簡易な構成で集光および拡散した配光パターンの形成が可能となる。

　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

　本発明によれば、光源像に対する違和感を抑制できる。

　または、本発明によれば、構成を簡易にし、コストを低減した車両用前照灯装置を提供することができる。

　または、本発明によれば、集光および拡散した配光パターンの形成が可能な車両用前照灯装置を実現できる。

複数の半導体発光素子をマトリックス配置したヘッドライトの要部を側方から見た図である。 複数のＬＥＤチップをマトリックス配置した状態を正面から見た図である。 図３（ａ）は、焦点から出た光が投影レンズに入射した場合の光路を示す図、図３（ｂ）は、焦点より後方から出た光が投影レンズに入射した場合の光路を示す図、図３（ｃ）は、焦点より前方から出た光が投影レンズに入射した場合の光路を示す図である。 矩形のＬＥＤチップの各辺を水平方向と平行に配置したマトリックスＬＥＤの配列を示す模式図である。 第１の実施の形態に係る車両用前照灯装置を側方から見た概略構成図である。 図５に示す光源を正面から見たマトリックスＬＥＤの配列を示す模式図である。 図７（ａ）は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成されるロービーム配光パターンを示す図、図７（ｂ）は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成されるハイビーム配光パターンを示す図である。 第１の実施の形態に係るマトリックスＬＥＤの一部を拡大した図である。 図９（ａ）、図９（ｂ）は、第１の実施の形態に係るマトリックスＬＥＤの変形例を説明するための図である。 図１０（ａ）～図１０（ｃ）は、マトリックスＬＥＤにより形成されるスポットビーム状の配光パターンを示す図である。 第１の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成される配光パターンの一例を示す図である。 ヘッドライトシステムの概略構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係るヘッドライトシステムにおける制御の一例を示すフローチャートである。 図１４（ａ）は、ベーシックビーム（ＢＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図、図１４（ｃ）は、タウンビーム（ＴＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図１４（ｄ）は、図１４（ｃ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図、図１４（ｅ）は、モーターウェイビーム（ＭＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図１４（ｆ）は、図１４（ｅ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図、図１４（ｇ）は、ウェットビーム（ＷＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図１４（ｈ）は、図１４（ｇ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図、図１４（ｉ）は、モーターウェイビーム（ＭＬ）をスイブルする際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図１４（ｊ）は、図１４（ｉ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。 第２の実施の形態に係る車両用前照灯装置を側方から見た概略構成図である。 図１５に示す複数のＬＥＤチップをマトリックス配置した光源の一例を示す模式図である。 図１５に示す複数のＬＥＤチップをマトリックス配置した光源の他の例を示す模式図である。 第２の実施の形態に係るマトリックスＬＥＤにおける各種ＬＥＤチップの配置を説明するための図である。 ヘッドライトシステムの概略構成を示すブロック図である。 ドライバ回路装置とチャンネル回路（群）の概要を示す模式図である。 マトリックスＬＥＤ内における各チャンネルのＬＥＤチップの接続例を示した模式図である。 図２２（ａ）～図２２（ｃ）は、チャンネル回路と複数のＬＥＤチップとを並列に接続した状態を示す回路図である。 図２３（ａ）～図２３（ｃ）は、チャンネル回路と複数のＬＥＤチップとを直列に接続した状態を示す回路図である。 図２４（ａ）は、ハイビームを形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図２４（ｂ）は、図２４（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。 図２５（ａ）は、ベーシックビーム（ＢＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図２５（ｂ）は、図２５（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。 図２６（ａ）は、タウンビーム（ＴＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図２６（ｂ）は、図２６（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。 図２７（ａ）は、モータウェイビーム（ＭＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図２７（ｂ）は、図２７（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。 図２８（ａ）は、ウェットビーム（ＷＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図２８（ｂ）は、図２８（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。 図２９（ａ）は、ＡＤＢを形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図２９（ｂ）は、図２９（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。 図３０（ａ）は、ＤＲＬの配光パターンを示す図、図３０（ｂ）は、通常のハイビーム配光パターンを示す図、図３０（ｃ）は、ＤＲＬを共用した場合に必要なハイビーム配光パターンを示す図である。 図３１（ａ）は、ＦＯＧランプの配光パターンを示す図、図３１（ｂ）は、通常のロービーム配光パターンを示す図、図３１（ｃ）は、ＦＯＧランプを共用した場合に必要なロービーム配光パターンを示す図である。 第２の実施の形態に係るヘッドライトシステムにおける制御の一例を示すフローチャートである。 第３の実施の形態に係る車両用前照灯装置の構成を模式的に示す斜視図である。 光源として複数の半導体発光素子をマトリックス配置した車両用前照灯装置の要部を側方から見た図である。 図３５（ａ）は、第３の実施の形態に係る光学系における拡散配光パターン形成時の光路を示す模式図、図３５（ｂ）は、第３の実施の形態に係る光学系における集光配光パターン形成時の光路を示す模式図である。 図３６（ａ）～図３６（ｃ）は、第３の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成可能な配光パターンを示す図である。 複数のＬＥＤチップをマトリックス配置した状態を正面から見た図である。 図３８（ａ）は、焦点から出た光が投影レンズに入射した場合の光路を示す図、図３８（ｂ）は、焦点より後方から出た光が投影レンズに入射した場合の光路を示す図、図３８（ｃ）は、焦点より前方から出た光が投影レンズに入射した場合の光路を示す図である。 矩形のＬＥＤチップの各辺を水平方向と平行に配置したマトリックスＬＥＤの配列を示す模式図である。 第３の実施の形態の変形例に係る車両用前照灯装置の要部を側方から見た概略構成図である。 図４０に示す光源を正面から見たマトリックスＬＥＤの配列を示す模式図である。 図４２（ａ）は、第３の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成されるロービーム配光パターンを示す図、図４２（ｂ）は、第３の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成されるハイビーム配光パターンを示す図である。 第３の実施の形態に係るマトリックスＬＥＤの一部を拡大した図である。 図４４（ａ）、図４４（ｂ）は、第３の実施の形態に係るマトリックスＬＥＤの変形例を説明するための図である。 図４５（ａ）～図４５（ｃ）は、マトリックスＬＥＤにより形成されるスポットビーム状の配光パターンを示す図である。 第３の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成される配光パターンの一例を示す図である。 ヘッドライトシステムの概略構成を示すブロック図である。 第３の実施の形態に係るヘッドライトシステムにおける制御の一例を示すフローチャートである。

　以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

　［第１の実施の形態］
　近年、車両などの前照灯ユニット（ヘッドライト）の光源として、ＬＥＤなどの半導体発光素子を複数用いた装置の開発が進んでいる。図１は、複数の半導体発光素子をマトリックス配置したヘッドライトの要部を側方から見た図である。図１では、投影レンズ２１０の焦点Ｆを含み、光軸Ｌと垂直な平面に複数のＬＥＤチップ２１２が配置されている。ここで、Ｈは投影レンズの主点、ｆは焦点距離、ｆｂはバックフォーカスを示している。

　図２は、複数のＬＥＤチップをマトリックス配置した状態を正面から見た図である。このようにマトリックス配置した複数のＬＥＤチップ（以下、「マトリックスＬＥＤ」と称する。）からなる光源を車両前方に向け、その前方に投影レンズを配置した光学系は、焦点Ｆを含む平面上のＬＥＤチップの輝度分布が前方に投射される。したがって、ＬＥＤチップが複数であればスクリーン上にそのＬＥＤチップ群の輝度分布が投影される。しかしながら、このようなマトリックスＬＥＤを用いたヘッドランプでは以下の点で改善の余地がある。

　（１）ＬＥＤチップ間の暗部（図２に示す隙間ｇ１、ｇ２に対応）がスクリーン上で目立つ。このような暗部は、運転者の視認性を部分的に低下させる。例えば、道路前方に衝立があった場合には、そこに矩形の模様が現れる。また、路面に縞模様が現れる場合もある。

　（２）ロービーム配光パターンに必要な斜め（４５度）カットオフラインのＺ配光を形成しづらい。また、カットオフライン近傍をぼかせない。

　次に、投影レンズによる結像について説明する。図３（ａ）は、焦点から出た光が投影レンズに入射した場合の光路を示す図、図３（ｂ）は、焦点より後方から出た光が投影レンズに入射した場合の光路を示す図、図３（ｃ）は、焦点より前方から出た光が投影レンズに入射した場合の光路を示す図である。

　図３（ａ）に示すように、焦点Ｆ上に光源（物体）を設置するとその像は無限遠に結像する。実際の投影レンズの焦点距離は３０～５０ｍｍ程度であり、この焦点距離と比較すると、結像スクリーンまでの距離（１０ｍまたは２５ｍ）は無限遠といえる。そのため、スクリーン上には光源の輝度分布がほぼそのまま投影され、ＬＥＤチップ間の暗部が目立つ。

　また、図３（ｂ）に示すように、焦点Ｆの後側に光源を設置した場合、光源の像は倍率ｂ／ａの実像となるため、依然としてＬＥＤチップ間の暗部は目立つ。

　一方、図３（ｃ）に示すように、焦点Ｆの前側に光源を設置した場合、光源の像は虚像となりスクリーンには結像しない。なお、光源を投影レンズに接近させすぎると、投影レンズの機能をなさず、所望の配光も形成することが困難となる。

　本発明者は、このような知見に基づいて鋭意検討した結果、マトリックスＬＥＤの輝度ムラを目立たなくさせるためには、焦点より前側で、かつ、極力焦点近傍にＬＥＤチップを配置することで光源の像を虚像とすることが好ましい点に想到した。また、虚像の倍率は極力大きい方がよい点にも想到した。そこで、虚像の倍率を以下に求める。

　図３（ｃ）に示すように、物体（光源）と投影レンズとの距離をａ、焦点距離をｆとすると、結像位置（結像距離ｂ）は、近軸光学系の結像式である式（１）で表される。
　１／ｆ＝１／ａ－１／ｂ・・・式（１）

　ここで、距離ａをｆ／２、２ｆ／３、３ｆ／４、４ｆ／５、９ｆ／１０、１９ｆ／２０としたときの、虚像の結像距離ｂと倍率ｂ／ａを表１に示す。

　図３（ｃ）に示すように、光源からの射出光線はあたかも虚像位置より出射するように進む。したがって、スクリーン上の輝度分布は倍率が高いほど複数の半導体発光素子（ＬＥＤチップ）が重ね合わさるようになり、スクリーン上のムラが目立たなくなる。

　次に、前述のロービーム配光パターンに必要な斜めカットオフラインを形成しづらい点や、カットオフライン近傍をぼかせない点について説明する。図４は、矩形のＬＥＤチップの各辺を水平方向と平行に配置したマトリックスＬＥＤの配列を示す模式図である。

　図４に示すマトリックスＬＥＤの場合、点線で囲まれている領域Ｒ１のＬＥＤチップを点灯させ、それ以外のＬＥＤチップを消灯しても、４５度の斜めカットオフラインを有するＺ配光は形成できない。仮に、図４に示すようなＬＥＤチップの配列でＺ配光を実現するためには、更にＬＥＤチップの個数を増加させ、擬似的に斜めカットオフラインを形成する必要がある。しかしながら、そのような場合には、マトリックスＬＥＤのサイズが増大するため、投影レンズの焦点距離を長くする必要があり、結果的に灯具サイズの拡大を招く。そこで、発明者は、これらの問題を鋭意検討し、後述するレイアウトのマトリックスＬＥＤを採用することに想到した。

　図５は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯装置を側方から見た概略構成図である。車両用前照灯装置１０は、複数の半導体発光素子であるＬＥＤチップ１２が互いに間隔をもって配置されている光源１４と、光源１４から出射した光を車両前方に光源像として投影する投影レンズ１６と、を備える。光源１４は、ＬＥＤ回路基板１８およびヒートシンク２０を有する。複数のＬＥＤチップ１２は、投影レンズ１６の焦点Ｆよりも前方に配置されている。

　したがって、本実施の形態に係る車両用前照灯装置１０においては、前述のように、光源像が虚像として前方に投影されるため、隣接するＬＥＤチップ１２の間の暗部が、投影された光源像において目立たなくなる。なお、複数のＬＥＤチップ１２は、その発光面が車両前方を向くように配置されている。これにより、リフレクタなどの反射部材が必要なくなる。

　図６は、図５に示す光源を正面から見たマトリックスＬＥＤの配列を示す模式図である。図６に示すマトリックスＬＥＤでは、発光面が矩形のＬＥＤチップの各辺が水平方向（車幅方向）に対して斜め（水平に対して４５度）になるように各ＬＥＤチップが配置されている。

　このようなマトリックスＬＥＤの場合、点線で囲まれている領域Ｒ２のＬＥＤチップを点灯させ、それ以外のＬＥＤチップを消灯すると、点灯しているＬＥＤチップ１２ａ～１２ｃによって、明瞭な４５度の斜めカットオフラインが形成される。また、点灯しているＬＥＤチップの領域Ｒ２の上縁は、ノコギリ歯形状となっているため、水平方向のカットオフラインをぼかすことができる。

　図７（ａ）は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成されるロービーム配光パターンを示す図、図７（ｂ）は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成されるハイビーム配光パターンを示す図である。図６に示すマトリックスＬＥＤのうち、領域Ｒ２に配置されているＬＥＤチップを点灯することで、図７（ａ）に示すように、マトリックスＬＥＤからなる光源によって、Ｚ配光のロービーム配光パターンＰＬが形成される。また、図６に示すマトリックスＬＥＤの全てを点灯することで、図７（ｂ）に示すハイビーム配光パターンＰＨが形成される。

　次に、ＬＥＤチップの大きさと各ＬＥＤチップ間の間隔とに応じた適切な虚像の倍率について説明する。図８は、第１の実施の形態に係るマトリックスＬＥＤの一部を拡大した図である。図８で、ＷはＬＥＤチップのサイズ、Ｐは近接するＬＥＤチップのピッチ間隔、ＰｈはＬＥＤチップの水平方向のピッチ間隔、ＰｖはＬＥＤチップの垂直方向のピッチ間隔である。

　この場合、虚像の倍率は、少なくともＰ／Ｗ倍が必要である。例えば、チップサイズＷが１ｍｍ□、ピッチ３ｍｍとすればＰ／Ｗ＝３であり、投影レンズによる結像倍率は少なくとも３倍必要である。それを実現する物体位置（距離）は、表１より２ｆ／３となる。

　したがって、ＬＥＤチップは、投影レンズより焦点距離ｆの２／３の位置から焦点Ｆの位置の間に設置する必要がある。しかし、焦点Ｆ上にＬＥＤチップを設置するとスクリーン上には輝度ムラが目立ち始める。

　そこで、ＬＥＤチップは、投影レンズ１６の焦点距離をｆ［ｍｍ］、ＬＥＤチップの発光面の一辺をＷ［ｍｍ］、一のＬＥＤチップと隣接している他のＬＥＤチップとのピッチをＰ［ｍｍ］とすると、ＬＥＤチップと投影レンズ１６との距離が（（Ｐ－Ｗ）／Ｐ）×ｆ以上となるように配置されているとよい。

　なお、Ｐ／Ｗ＝３の場合、ＬＥＤチップの設置誤差Ｓも含めて考えれば、ＬＥＤチップ位置は投影レンズより２ｆ／３からｆ－Ｓまでの間に設置すればよい。実際には、量産性を考慮し実際のＰ／Ｗより大きな倍率となるような位置に光源を設置するとよい。また、設置誤差Ｓは、製造精度の標準偏差σを考慮して適宜に設定すればよい。

　上述のように、マトリックスＬＥＤは投影レンズの焦点位置Ｆより前方（投影レンズ側）に設置するとよい。マトリックスＬＥＤの設置範囲は、ＬＥＤチップサイズをＷ、ピッチ（チップの設置間隔）をＰとしたとき、投影レンズによる虚像の倍率がＰ／Ｗより大きく、５０倍より小さな倍率の位置（ｆ＝５０のとき、ａ＝４９）の範囲が好ましい。

　詳述すると、ＬＥＤチップは、投影レンズ１６の焦点距離をｆ［ｍｍ］とすると、ＬＥＤチップ１２と投影レンズ１６との距離が０．９８ｆ以下となるように配置されているとよい。これにより、マトリックスＬＥＤのチップ間の暗部を目立たなくすることができる。なお、マトリックスＬＥＤにおいて、隣接するＬＥＤチップまでの間隔が縦方向と横方向とで異なる場合、ピッチ間隔Ｐは広い（Ｐが大きい）方で設定する。

　なお、マトリックスＬＥＤは、ＬＥＤチップの水平方向のピッチ間隔Ｐｈが、垂直方向ピッチ間隔Ｐｖ以上であるとよい。これにより、Ｚ配光形状を更に明瞭にすることができる。また、鉛直方向に光束密度を高めることができることから、ヘッドライトに適した横長の配光パターンが形成しやすくなる。

　このように、本実施の形態に係る車両用前照灯装置１０は、光源にマトリックスＬＥＤを採用した投影型のヘッドランプであり、前方監視センサからの前方車両の存在状況に基づいて、マトリックスＬＥＤの点灯部位若しくは点灯電流を設定することが可能であり、一般的なロービーム用配光パターンやハイビーム用配光パターンに加えて、後述する様々な配光パターンの実現が可能である。

　次に、マトリックスＬＥＤを使用した配光可変型ヘッドランプシステムの変形例について説明する。図９（ａ）、図９（ｂ）は、第１の実施の形態に係るマトリックスＬＥＤの変形例を説明するための図である。図１０（ａ）～図１０（ｃ）は、マトリックスＬＥＤにより形成されるスポットビーム状の配光パターンを示す図である。

　図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、変形例に係るマトリックスＬＥＤは、ＬＥＤチップを４～１０個程度使用する。例えば、マトリックスＬＥＤは、図９（ａ）に示すように配列され、スポットビーム状の配光パターンを形成するように構成されている。この場合、図１０（ａ）に示すような矩形のスポットビーム状の配光パターンＰ１となる。この配光パターンＰ１を、図１０（ｂ）に示すように、曲路で水平方向に移動させてもよい。

　また、マトリックスＬＥＤは、図９（ｂ）に示すように一部のＬＥＤチップ１２ｄが菱形配置となるように配列され、スポットビーム状の配光パターンを形成するように構成されていてもよい。この場合、図１０（ｃ）に示すような横長楕円のスポットビーム状の配光パターンＰ２が形成しやすくなる。

　図１１は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成される配光パターンの一例を示す図である。第１の実施の形態に係る車両用前照灯装置１０は、図１１に示すように、一部の領域を照射しない配光パターンＰＨ’を形成することができる。これにより、前方車両にグレアを与えないようにしながら、車両前方の視認性を確保することができる。

　（制御システム構成）
　次に、ヘッドライトの制御システムの構成について説明する。図１２は、ヘッドライトシステムの概略構成を示すブロック図である。

　ヘッドライトシステム１００は、左右それぞれの車両用前照灯装置１０、配光制御ＥＣＵ１０２、前方監視ＥＣＵ１０４等を備えている。車両用前照灯装置１０は、前述のようにマトリックスＬＥＤからなる光源１４と、投影レンズ１６と、それらを収容する灯体とを有する。また、各車両用前照灯装置１０には、マトリックスＬＥＤや灯体をスイブルする駆動装置（ＡＣＴ）１０６が接続されている。

　前方監視ＥＣＵ１０４は、車載カメラ１０８、レーダ１１０、車速センサ１１２などの各種センサが接続されている。前方監視ＥＣＵ１０４は、センサから取得した撮像データを画像処理し、前方車両（対向車や先行車）やその他の路上光輝物体、そして区画線（レーンマーク）を検出し、それらの属性や位置など配光制御に必要なデータを算出する。算出されたデータは、車内ＬＡＮなどを介して配光制御ＥＣＵ１０２や各種車載機器に発信される。

　配光制御ＥＣＵ１０２は、車速センサ１１２、舵角センサ１１４、ＧＰＳナビゲーション１１６、ヘッドランプスイッチ１１８などが接続されている。配光制御ＥＣＵ１０２は、前方監視ＥＣＵ１０４から送出されてくる路上光輝物体の属性（対向車、先行車、反射器、道路照明）、その位置（前方、側方）と車速に基づいて、その走行場面に対応した配光パターンを決定する。そして、配光制御ＥＣＵ１０２は、その配光パターンを実現するために必要な配光可変ヘッドランプの制御量を決定する。ここで、制御量は、例えば、上下・左右ビーム移動量、マスキング部分（遮光領域）の位置と範囲、などである。

　また、配光制御ＥＣＵ１０２は、駆動装置１０６や、マトリックスＬＥＤの各ＬＥＤチップの制御内容（点消灯、投入電力など）を決定する。なお、駆動装置１０６には、配光可変ランプユニットを上下・左右方向などに駆動するメカ式の駆動装置を用いることができる。ドライバ１２０は、配光制御ＥＣＵ１０２からの制御量の情報を、駆動装置１０６や配光制御素子の動作に対応した命令に変換すると共にそれらを制御する。

　（制御フローチャート）
　図１３は、第１の実施の形態に係るヘッドライトシステムにおける制御の一例を示すフローチャートである。

　図１３に示す処理は、ヘッドランプスイッチなどにより選択された場合や、各種センサの情報に基づいて所定の状況（夜間走行やトンネル内走行）が認識された場合に、所定の間隔で繰り返し実行される。

　はじめに、配光制御ＥＣＵ１０２や前方監視ＥＣＵ１０４は、カメラや各種センサ、スイッチなどから必要なデータを取得する（Ｓ１０）。データは、例えば、車両前方の画像、車速、車間距離、走路の形状、ハンドルの舵角、ヘッドランプスイッチにより選択されている配光パターンなどのデータである。

　前方監視ＥＣＵ１０４は、取得したデータに基づいてデータ処理１を行う（Ｓ１２）。データ処理１により、車両前方の光輝物体の属性（信号灯、照明灯、デリニエータなど）や、車両の属性（対向車、先行車）、車間距離、輝物体の輝度、道路形状（車線幅、直線路、曲路）などのデータが算出される。

　次に、配光制御ＥＣＵ１０２は、データ処理１で算出されたデータに基づいてデータ処理２を行い（Ｓ１４）、適切な配光パターンを選択する。選択される制御配光パターンは、例えば、ロービーム用配光パターン、ハイビーム用配光パターン、ＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）などである。また、選択された配光パターンに応じて、ＬＥＤチップの点消灯や投入電力の制御量が決定される。

　なお、ＡＤＢが選択された場合（Ｓ１６のＹｅｓ）、配光制御ＥＣＵ１０２によりデータ処理３が行われる（Ｓ１８）。データ処理３では、例えば、ＡＤＢ制御による照明エリアや遮光エリア、照明光量、照射方向が決定される。また、これらの情報に加えてデータ処理１で算出されたデータに基づいてＡＦＳ（Adaptive Front-Lighting System）制御も可能である。ＡＦＳ制御とは、曲路や走行地域（市街地、郊外、高速道路）、天候に応じて配光を制御するものである。なお、ＡＤＢが選択されていない場合（Ｓ１６のＮｏ）、ステップＳ１８はスキップされる。

　次に、配光制御ＥＣＵ１０２は、データ処理４においてドライバ用にデータを変換し（Ｓ２０）、配光制御素子やアクチュエータ（ＡＣＴ）を駆動する（Ｓ２２）ことで、ＡＤＢ制御やスイブル制御を行う。

　（各種配光パターン）
　図１４（ａ）は、ベーシックビーム（ＢＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図、図１４（ｃ）は、タウンビーム（ＴＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図１４（ｄ）は、図１４（ｃ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図、図１４（ｅ）は、モーターウェイビーム（ＭＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図１４（ｆ）は、図１４（ｅ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図、図１４（ｇ）は、ウェットビーム（ＷＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図１４（ｈ）は、図１４（ｇ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図、図１４（ｉ）は、モーターウェイビーム（ＭＬ）をスイブルする際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図１４（ｊ）は、図１４（ｉ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。

　図１４（ｂ）に示す配光パターンは、現状のロービームのような配光パターンであり、郊外道路での対向車とのすれ違い時に使用される。また、図１４（ｄ）に示す配光パターンは、道路照明の存在する市街地道路で使用される。なお、この配光パターンは、道路照明の存在により現状のロービームより照明性能を落としている。また、同時にグレア光量も低いビームとなっている。

　図１４（ｆ）に示す配光パターンは、防眩柵のある高速道路での走行時に使用される。現状のロービームのカットオフラインを上方にずらすとともに、中心光度を上げている。図１４（ｈ）に示す配光パターンは、雨天時に使用される。なお、この配光パターンは、対向車に与えるグレアを抑制するため手前路面領域Ｒ４の光量を落としている。つまり、図１４（ｆ）に示すモーターウェイビームの配光パターンにおいて、手前路面に対応する部分の光量を落としてしている。

　図１４（ｊ）に示す配光パターンは、車両前方が曲路の場合に、ＡＦＳ制御としてその進行方向の視認性を向上できる。

　なお、上述の各種配光パターンの説明では、マトリックスＬＥＤの点灯部位のみを示したが、実際への応用では適宜部位の点灯電流を調整してもよい。

　［第２の実施の形態］
　（車両用前照灯装置）
　図１５は、第２の実施の形態に係る車両用前照灯装置を側方から見た概略構成図である。車両用前照灯装置１０１０は、複数の半導体発光素子であるＬＥＤチップ１０１２が互いに間隔をもって配置されている光源１０１４と、光源１０１４から出射した光を車両前方に光源像として投影する投影レンズ１０１６と、を備える。光源１０１４は、ＬＥＤ回路基板１０１８およびヒートシンク１０２０を有する。ここで、Ｆは焦点、Ｈは投影レンズの主点、ｆは焦点距離、ｆｂはバックフォーカスを示している。なお、複数のＬＥＤチップ１０１２は、その発光面が車両前方を向くように配置されている。これにより、リフレクタなどの反射部材が必要なくなる。

　図１６は、図１５に示す複数のＬＥＤチップをマトリックス配置した光源の一例を示す模式図である。図１７は、図１５に示す複数のＬＥＤチップをマトリックス配置した光源の他の例を示す模式図である。このようにマトリックス配置した複数のＬＥＤチップ（以下、「マトリックスＬＥＤ」と称する。）からなる光源を車両前方に向け、その前方に投影レンズを配置した光学系は、焦点Ｆを含む平面上のＬＥＤチップの輝度分布が前方に投射される。

　図１６に示すマトリックスＬＥＤでは、発光面が矩形のＬＥＤチップ１０１２の各辺が、水平方向（Ｈ－Ｈ線）と平行になるように各ＬＥＤチップ１０１２が配置されている。

　また、図１７に示すマトリックスＬＥＤでは、発光面が矩形のＬＥＤチップ１０１２の各辺が水平方向（車幅方向）に対して斜め（水平に対して４５度）になるように各ＬＥＤチップ１０１２が配置されている。このようなマトリックスＬＥＤの場合、点線で囲まれている領域Ｒ１００１のＬＥＤチップを点灯させ、それ以外のＬＥＤチップを消灯すると、点灯しているＬＥＤチップ１０１２ａ～１０１２ｃによって、明瞭な４５度の斜めカットオフラインが形成される。また、点灯しているＬＥＤチップの領域Ｒ１の上縁は、ノコギリ歯形状となっているため、水平方向のカットオフラインをぼかすことができる。

　ところで、マトリックスＬＥＤを使用したヘッドライトでは、所定の配光パターンを形成するためには、個々のＬＥＤチップ毎に投入電流を監視し、所定電流となるように制御することが考えられる。この場合、駆動回路（ドライバ）のチャンネル数はＬＥＤチップと同じ数を必要とする。したがって、コストの観点からは改善の余地がある。

　また、配光パターンにおいて、手前路面や路肩が明るすぎると、運転者にとってはかえって走行しづらいという現象もある。したがって、車両前方の、Ｈ－Ｈ線とＶ－Ｖとが交差する領域（ＨＶ領域）近傍は明るくする必要があるが、周辺はそれに比べて光量を落とすことが好ましい。しかしながら、従来のマトリックスＬＥＤは、すべて高性能で高価な同一仕様のＬＥＤチップを配置しており、コストの上昇を招くことにもなる。

　そこで、本発明者は、マトリックスＬＥＤを用いた光源のコストを低減すべく鋭意検討し、以下の構成に想到した。

　（１）ゾーン分割と性能レベルの異なるＬＥＤチップ使用によるコスト低減
　マトリックスＬＥＤを複数のゾーンに分割し、その各ゾーンに所定性能レベルのチップを配置する。配光の高光度に対応するゾーンには高輝度（高電流仕様：高価）のＬＥＤチップを配置し、低光度に対応するゾーンには低輝度（低電流仕様：安価）のＬＥＤチップを配置し、全体としてコストの低減を図る。

　（２）チャンネル数の低減によるコスト低減
　各ゾーン内における複数のＬＥＤチップを同時に制御（ドライバ１チャンネルで複数のＬＥＤチップの制御）することでコストの低減を図る。

　（３）他機能ランプとの共用（配光の合成）によるコスト低減
　ＨＶ領域近傍の視線より上下４度より外側、左右１０度より外側の周辺視野部は適度な明るさで十分である。そこで、ＤＲＬ（Daytime running lamp）、ＦＯＧランプ、照明光度をアップさせたクリアランスランプ等の配光と、マトリックスＬＥＤの配光とを重畳することで所望の配光を達成することが可能である。このような構成により、ＬＥＤチップの数、特に周辺視野部の低輝度ＬＥＤチップの数を低減できる可能性がある。これにより、マトリックスＬＥＤとそのドライバ回路のコスト低減が可能となる。

　図１８は、第２の実施の形態に係るマトリックスＬＥＤにおける各種ＬＥＤチップの配置を説明するための図である。

　図１８に示す光源１０１４におけるマトリックスＬＥＤにおいて、車両前方の中心視野に対応するブロックＢ１には、高輝度ＬＥＤチップ（レベルＩ）が配置され、車両前方のスクリーン上で上下２度×左右５度程度の範囲を照射する。また、車両前方の有効視野に対応するブロックＢ２には、中輝度ＬＥＤチップ（レベルＩＩ）が配置され、車両前方のスクリーン上で上下４度×左右１０度程度の範囲を照射する。また、車両前方の周辺視野に対応するブロックＢ３には、低輝度ＬＥＤチップ（レベルＩＩＩ）が配置され、車両前方のスクリーン上で上下１０度×左右３０度程度の範囲を照射する。

　つまり、レベルＩの高輝度ＬＥＤチップは、ＨＶ領域近傍の中心視野ブロックＢ１に、レベルＩＩの中輝度ＬＥＤチップは、その外側の有効視野ブロックＢ２に、レベルＩＩＩの低輝度ＬＥＤチップはその更に外側の周辺視野ブロックＢ３に配置されている。

　次に、第２の実施の形態に係るマトリックスＬＥＤが分割されている３つのゾーンについて説明する。

　ゾーンＺ１は、中心視野ブロックＢ１と、その側方であって有効視野ブロックＢ２の一部とを含む範囲であり、レベルＩの高輝度ＬＥＤチップとレベルＩＩの中輝度ＬＥＤチップが含まれている。ゾーンＺ１に含まれている各ＬＥＤチップは、ＡＦＳ（Adaptive Front-Lighting System）配光のＢＬ（ベーシックビーム）、ＭＬ（モータウェイビーム）、ＡＬ（ウェットビーム）などの４５度のＺカット（明暗境界線）やその位置の変更、ハイビームやＢＬ、ＭＬ、ＡＬなどの配光変更に伴う光量（光度）調整、ＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）など照射領域の部分マスキングとその位置の変更、など多くの配光制御に関与する。

　ゾーンＺ１に含まれるＬＥＤチップは、単純に点消灯されたり、調光されたりする。なお、この部分に対応したドライバのチャンネル数は、その配光制御種類＋αの最小チャンネル数で達成できるようにすることが好ましい。これを達成するドライバの個別チャンネルの回路構成の詳細については後述するが、同一レベルのＬＥＤチップを複数同時に調光するように構成されている。

　ゾーンＺ１の上側の領域であるゾーンＺ２に含まれるＬＥＤチップは、ハイビームやＡＤＢ作動状態で単純に点消灯される。ゾーンＺ２では、同一レベルのＬＥＤチップを複数個まとめて一つのチャンネルで所定の電流値で点消灯する。例えば一つのチャンネルで５個のＬＥＤチップを点灯すればチャンネル数は１／５に低減できる。

　ゾーンＺ１の下側の領域であるゾーンＺ３に含まれるＬＥＤチップは、手前路面を照射する。ゾーンＺ３は、中央部にゾーンＺ３’を有している。ゾーンＺ３’に配置されているＬＥＤチップは、雨天時に照明が路面で鏡面反射し対向車へグレアを与えるのを抑制するために、条件によって消灯される部分であり、ＡＦＳのＡＬ配光命令により単純に消灯されたり、減光されたりする。ゾーンＺ３においても、同一レベルのＬＥＤチップを複数個まとめて一つのチャンネルで所定の電流値で点消灯する。このような回路構成にすることによりドライバのチャンネル数を低減することができる。

　（制御システム構成）
　次に、ヘッドライトの制御システムの構成について説明する。図１９は、ヘッドライトシステムの概略構成を示すブロック図である。図２０は、ドライバ回路装置とチャンネル回路（群）の概要を示す模式図である。

　ヘッドライトシステム１１００は、左右それぞれの車両用前照灯装置１０１０、配光制御ＥＣＵ１１０２、前方監視ＥＣＵ１１０４等を備えている。車両用前照灯装置１０１０は、前述のようにマトリックスＬＥＤからなる光源１０１４と、投影レンズ１０１６と、それらを収容する灯体とを有する。また、各車両用前照灯装置１０１０には、マトリックスＬＥＤや灯体をスイブルするアクチュエータ（不図示）が接続されている。

　前方監視ＥＣＵ１１０４は、車載カメラ１１０８、レーダ１１１０、車速センサ１１１２などの各種センサが接続されている。前方監視ＥＣＵ１１０４は、センサから取得した撮像データを画像処理し、前方車両（対向車や先行車）やその他の路上光輝物体、そして区画線（レーンマーク）を検出し、それらの属性や位置、走路の形状や路面の湿潤状況など配光制御に必要なデータを算出する。算出されたデータは、車内ＬＡＮなどを介して配光制御ＥＣＵ１１０２や各種車載機器に発信される。

　配光制御ＥＣＵ１１０２は、車速センサ１１１２、舵角センサ１１１４、ＧＰＳナビゲーション１１１６、ヘッドランプスイッチ（ＨＬ－ＳＷ）１１１８などが接続されている。配光制御ＥＣＵ１１０２は、前方監視ＥＣＵ１１０４から送出されてくる路面の状況、路上光輝物体の属性（対向車、先行車、反射器、道路照明）、その位置（前方、側方）と車速などの情報に基づいて、その走行場面に対応した配光パターンを決定する。また、配光制御ＥＣＵ１１０２は、舵角センサ１１１４やＧＰＳナビゲーション１１１６から取得したデータに基づいて算出された走路形状や車線、交通量データなどの情報を加味して、その走行場面に対応した配光パターンを決定してもよい。また、配光制御ＥＣＵ１１０２は、ヘッドランプスイッチ１１１８の情報を加味して、その走行場面に対応した配光パターンを決定してもよい。

　このように、配光制御ＥＣＵ１１０２は、前述の各種情報を基にＡＦＳによる所定のビーム選定や、その走行場面に対応したＡＤＢ配光を決定する。そして、配光制御ＥＣＵ１１０２は、その配光パターンを実現するために必要な共用ランプ１１０６の点灯制御や配光可変ヘッドランプの制御量を決定する。ここで、制御量は、例えば、マトリックスＬＥＤの点灯すべきＬＥＤチップおよび通電チャンネルの選定、上下・左右ビーム移動量、マスキング部分（遮光領域）の位置と範囲、投入電力などである。

　ドライバ回路装置１１２０は、配光制御ＥＣＵ１１０２からの配光制御内容を基に制御すべきチャンネル（マトリックスＬＥＤ内のＬＥＤチップ）を選定するとともにそれらの制御量（通電量など）を決定する。

　チャンネル回路（群）１１２２は、マトリックスＬＥＤ内の点灯制御すべきＬＥＤチップを選定した回路群であり、１チャンネル内には同一性能レベルの複数のチップが接続されている。

　共用ランプ１１０６は、ＤＲＬやＦＯＧランプなどである。共用ランプ１１０６は、マトリックスＬＥＤを使用した投影型ヘッドライトを補助するビームの一部を構成し、ヘッドライトと共同してＡＦＳの種々の配光やハイビームなどを形成する。この補助ビームによりマトリックスＬＥＤに要求される配光性能を抑えることが可能となり、回路やＬＥＤチップのコストダウンが図られる。

　次に、各チャンネル接続される複数のＬＥＤチップについて説明する。図２１は、マトリックスＬＥＤ内における各チャンネルのＬＥＤチップの接続例を示した模式図である。なお、図の符号ＣＬが指す点線は、配光パターンのカットオフラインに対応する。

　ブロックＢ１に配置されている高輝度ＬＥＤチップ１０１２ｄは、２個一組で点灯制御できるように構成されている。また、組み合わせるＬＥＤチップは、４５度カットオフ形状に合わせられるように、互いに斜め左上または斜め右下に隣接するＬＥＤチップ同士である。そして、このような２個一組の高輝度ＬＥＤチップ１０１２ｄの照射によりハイビームの中心の高光度部が形成される。また、２個一組のＬＥＤチップの点滅を水平方向に移動することで、ＡＤＢのマスキング制御にも対応できる。

　ブロックＢ２に配置されている中輝度ＬＥＤチップのうち、Ｈ線近傍のＬＥＤチップ１０１２ｅ１は、２個一組で点灯制御され、ＡＤＢ制御にも対応できるように構成されている。また、中輝度ＬＥＤチップのうち、ＬＥＤチップ１０１２ｅ１の上側または下側に配置されているＬＥＤチップ１０１２ｅ２は、３個一組で点灯制御されている。そして、このような２個または３個一組の中輝度ＬＥＤチップ１０１２ｅ１，１０１２ｅ２の照射により有効視野に必要な配光が形成される。

　ブロックＢ３に配置されている低輝度ＬＥＤチップ１０１２ｆは、一部（ＡＦＳにおけるＡＬの路面遮光ゾーンＺ３’）を除き、４個一組で点灯制御できるように構成されている。

　各種輝度のＬＥＤチップを図２１に示すように配置することで、ＡＤＢ配光はもとよりＡＦＳによるすべての配光を実現できる。

　次に、チャンネル回路とマトリックスＬＥＤ内のＬＥＤチップとの回路接続例を説明する。図２２（ａ）～図２２（ｃ）は、チャンネル回路と複数のＬＥＤチップとを並列に接続した状態を示す回路図である。図２３（ａ）～図２３（ｃ）は、チャンネル回路と複数のＬＥＤチップとを直列に接続した状態を示す回路図である。

　図２２（ａ）～図２２（ｃ）、図２３（ａ）～図２３（ｃ）に示すように、接続回路は並列回路と直列回路が考えられる。その中のドライバ回路装置１１２０ａ，１１２０ｂ，１１２０ｃは、通常、電源、スイッチ、抵抗などの回路群を含んでいる。チャンネル回路は、ドライバ回路装置１１２０ａ，１１２０ｂ，１１２０ｃとマトリックスＬＥＤ内の各ＬＥＤチップを接続する。チャンネル回路群は通常回路線群となっている。

　チャンネル回路内に接続するＬＥＤチップの個数は、低輝度ＬＥＤチップ１０１２ｆの方が高輝度ＬＥＤチップ１０１２ｄより多くしてある。本実施の形態では、低輝度ＬＥＤチップは配光の周辺部分（周辺視野）に対応するように設置されている。この周辺配光部分は、配光値の許容範囲が広い。一般に低輝度ＬＥＤチップは安価であり、そのため性能バラツキも大きい。そこで、マトリックスＬＥＤの各ブロックに配置されている各ＬＥＤチップを、図２２（ａ）～図２２（ｃ）、図２３（ａ）～図２３（ｃ）に示すような回路構成とすることにより、チャンネル数が低減され、回路のコストダウンが達成されるとともに、マトリックスＬＥＤのコストダウンも図られる。

　以上のように、第２の実施の形態に係る車両用前照灯装置１０１０は、図１５や図１９に示すように、複数の半導体発光素子としてＬＥＤチップ１０１２がマトリックス状に配列されており、車両前方へ光を照射可能な光源１０１４と、光源１０１４に含まれる複数のＬＥＤチップ１０１２の点消灯を制御する制御部と、を備える。制御部は、配光制御ＥＣＵ１１０２、ドライバ回路装置１１２０、チャンネル回路（群）１１２２などで構成されている。

　複数のＬＥＤチップ１０１２は、車両前方の照射領域に含まれる第１の区画（例えば、中心視野）へ向かう光を出射する複数の高輝度ＬＥＤチップ１０１２ｄと、照射領域に含まれる、第１の区画とは異なる第２の区画（例えば、有効視野や周辺視野）へ向かう光を出射し、高輝度ＬＥＤチップ１０１２ｄとは異なる特性を有する複数の中輝度ＬＥＤチップ１０１２ｅ１，１０１２ｅ２や低輝度ＬＥＤチップ１０１２ｆと、を含む。

　前述のように、高輝度ＬＥＤチップ１０１２ｄは、２個一組で点灯制御されるため、マトリックスＬＥＤに含まれている高輝度ＬＥＤチップの数よりも少ない数のグループに分けられている。そして、グループ毎にドライバ回路装置１１２０ａで駆動される（図２４０８（ａ）または図２３（ａ）参照）。また、中輝度ＬＥＤチップ１０１２ｅ１，１０１２ｅ２は、２個または３個一組で制御されるため、中輝度ＬＥＤチップの数よりも少ない数のグループに分けられている。そして、グループ毎にドライバ回路装置１１２０ｂで駆動される（図２２（ｂ）または図２３（ｂ）参照）。また、低輝度ＬＥＤチップ１０１２ｆは、４個一組で制御されるため、低輝度ＬＥＤチップの数よりも少ない数のグループに分けられている。そして、グループ毎にドライバ回路装置１１２０ｃで駆動される（図２２（ｃ）または図２３（ｃ）参照）。

　このように、車両用前照灯装置１０１０においては、駆動するグループの数がＬＥＤチップの数より少なくなるため、ドライバ回路装置１１２０やチャンネル回路（群）１１２２の構成を簡略化できる。また、照射領域に含まれる各区画（中心視野、有効視野、周辺視野）に対応した適切な特性のＬＥＤチップを選択することで、光源のコストを低減できる。

　また、本実施の形態では、高輝度ＬＥＤチップは、中輝度ＬＥＤチップや低輝度ＬＥＤチップと比較して、同じ電流を流したときの輝度が高い。また、高輝度ＬＥＤチップは、中輝度ＬＥＤチップや低輝度ＬＥＤチップと比較して、順電流の最大定格が大きい。これにより、照射領域に含まれる各区画によって明るさを変えることが容易となる。

　また、高輝度ＬＥＤチップは、その照射領域が、配光パターンの中央部である中心視野を含むように配置されている。そして、制御部は、高輝度ＬＥＤチップの輝度が中輝度ＬＥＤチップや低輝度ＬＥＤチップの輝度よりも高くなるように、高輝度ＬＥＤチップ、中輝度ＬＥＤチップ、低輝度ＬＥＤチップの点消灯を制御する。これにより、照射領域の中央部をより明るくすることができる。

　なお、各ＬＥＤチップは、その発光面が矩形であり、発光面の辺が車幅方向に対して斜め（本実施の形態では４５°）になるように配置されている。これにより、斜めのカットオフラインを形成しやすくなる。また、水平方向のカットオフラインをぼかすことができる。

　また、第２の実施の形態に係る車両用前照灯装置は、換言すれば以下の構成である。車両用前照灯装置１０１０において、図１８に示すように、マトリックスＬＥＤは、ブロックＢ１に配置されている複数の高輝度ＬＥＤチップ１０１２ｄと、ブロックＢ２に配置されている複数の中輝度ＬＥＤチップ１０１２ｅと、ブロックＢ３に配置されている複数の低輝度ＬＥＤチップ１０１２ｆと、を含む。

　そして、前述のように、高輝度ＬＥＤチップ１０１２ｄはグループ毎にドライバ回路装置１１２０ａにより駆動され、中輝度ＬＥＤチップ１０１２ｅはグループ毎にドライバ回路装置１１２０ｂにより駆動され、低輝度ＬＥＤチップ１０１２ｆはグループ毎にドライバ回路装置１１２０ｃにより駆動される。

このように、車両用前照灯装置１０１０においては、駆動するグループの数がＬＥＤチップの数より少なくなるため、ドライバ回路装置１１２０やチャンネル回路（群）１１２２の構成を簡略化できる。また、マトリックスＬＥＤに含まれる各ブロックに対応した適切な特性のＬＥＤチップを選択することで、光源のコストを低減できる。

　（各種配光パターン）
　図１８に示すマトリックスＬＥＤを活用したＡＦＳやＡＤＢ配光ヘッドライトの配光例を示す。なお、以下の配光パターンを示す各図においては、１マス０．５°で示した。また、マトリックスＬＥＤのブロックの分割や配置は、配光パターンとの対応が分かりやすいように同じ向きで示したが、実際はレンズ系で上下左右反転して結像されるので、マトリックスＬＥＤのブロックの実際の分割や配置は、図に示した状態に対して上下左右反転したものとなる。

　図２４（ａ）は、ハイビームを形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図２４（ｂ）は、図２４（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。この場合、高輝度ＬＥＤチップ１０１２ｄ、中輝度ＬＥＤチップ１０１２ｅ、低輝度ＬＥＤチップ１０１２ｆをすべて点灯させる。遠方の道路線形や視対象を見やすくするために、ＨＶ領域近傍には高輝度ＬＥＤチップ１０１２ｄを配置し、最大出力で点灯させている。

　図２５（ａ）は、ベーシックビーム（ＢＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図２５（ｂ）は、図２５（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。図２５（ｂ）に示す配光パターンは、ＡＦＳにおけるベーシックビームであり、現状のロービームとほぼ同等の配光性能を有する。また、明瞭な明暗境界線を形成するためにＨ線上方に対応するＬＥＤチップは消灯する。また、遠方路面の視認性を確保するために、ＨＶ領域近傍、Ｈ線下の高輝度ＬＥＤチップ１０１２ｄを高出力で点灯させている。

　図２６（ａ）は、タウンビーム（ＴＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図２６（ｂ）は、図２６（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。図２６（ｂ）に示す配光パターンは、ＡＦＳのタウンビームであり、道路照明のある明るい市街地で使用される。グレア防止のため、ベーシックビームのＨ線上方光度が抑制されている。また、照明光度を低くするため、ベーシックビームでは高輝度ＬＥＤチップや中輝度ＬＥＤチップとして機能していたＨ線下方のＬＥＤチップ１０１２ｄ’やＬＥＤチップ１０１２ｅ’を減光して点灯させている。

　図２７（ａ）は、モータウェイビーム（ＭＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図２７（ｂ）は、図２７（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。図２７（ｂ）に示す配光パターンは、ＡＦＳのモータウェイビームであり、防眩柵などのある高速道路での走行時に使用される。遠方の視認性を確保するために、ハイビーム同様ＨＶ領域近傍の高輝度ＬＥＤチップ１０１２ｄを最大出力で点灯する。また、ベーシックビームと比較して遠方の視認性を改善するために、先行車側・対向車側の明暗境界線が０．５°程度上がっている。また、マトリックスＬＥＤにおいて、ベーシックビームの場合と比較して１段上のＬＥＤチップまで点灯されている。

　図２８（ａ）は、ウェットビーム（ＷＬ）を形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図２８（ｂ）は、図２８（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。図２８（ｂ）に示す配光パターンは、ＡＦＳのウェットビームであり、雨天走行時に使用される。図２７（ｂ）に示すモータウェイビームとほぼ同レベルの配光性能を有するが、手前路面部分を暗くしている。これにより路面で鏡面反射し、対向車のグレアとなる光束の発生が抑制される。そのため、マトリックスＬＥＤにおいて下方の中央部の領域Ｒ２に配置されているＬＥＤチップ１０１２は減光若しくは消灯されている。

　図２９（ａ）は、ＡＤＢを形成する際のマトリックスＬＥＤの点灯状態を示す図、図２９（ｂ）は、図２９（ａ）に示す点灯状態のマトリックスＬＥＤにより形成される配光パターンを示す図である。ＡＤＢの基本配光は、ハイビームと同様の性能であり、対向車や先行車などが存在する状況下でグレアを与えないようにするために、対向車や先行車などの位置をマスキングするビームである。図２９（ｂ）に示すように対向車や先行車はＨ線近傍の水平方向に移動する。その上下方向のグレアゾーンはＨ線の０．５°下から２．０°下の範囲である。したがって、高輝度ＬＥＤチップ１０１２ｄの一部を消灯することで、図２９（ｂ）に示すように、車両位置に応じて非照射領域Ｒ３が形成され、対向車や先行車などへのグレアがほぼ抑制される。

　（多機能ランプとの合成配光パターン）
　次に、第２の実施の形態に係る車両用前照灯装置と、ＤＲＬやＦＯＧランプとを共用した際の配光パターンについて説明する。

　図３０（ａ）は、ＤＲＬの配光パターンを示す図、図３０（ｂ）は、通常のハイビーム配光パターンを示す図、図３０（ｃ）は、ＤＲＬを共用した場合に必要なハイビーム配光パターンを示す図である。

　ＤＲＬは、日中走行時の車両を周囲から認識しやすくするためのランプである。その配光規格ＥＣＥでは、光度はＨＶ領域で４００ｃｄ以上、その他の範囲は１２００ｃｄ以下とされている。図３０（ａ）に示すように、ＤＲＬの配光パターンＰ１は低光度でワイドな配光である。これは、ハイビームやロービームの周辺視野部の配光要件に適する。したがって、ＤＲＬの配光を図３０（ａ）に示すようなワイドな配光とし、ＤＲＬを夜間のハイビームを補助（共用）するランプとして使用すれば、ハイビームの配光は図３０（ｃ）に示すような周辺視野部（図１８に示すゾーンＺ２，Ｚ３）の光度を低減させた配光とすることができる。これは、マトリックスＬＥＤの周辺視野ブロックＢ３のＬＥＤチップの個数を低減できることを意味する。なお、図３０（ａ）に示すＤＲＬの配光は夜間のロービームと共用することも可能である。

　図３１（ａ）は、ＦＯＧランプの配光パターンを示す図、図３１（ｂ）は、通常のロービーム配光パターンを示す図、図３１（ｃ）は、ＦＯＧランプを共用した場合に必要なロービーム配光パターンを示す図である。

　ＦＯＧランプは、Ｈ線下方路面を照射するビームを形成するものであり、図３１（ａ）に示すようにその拡散範囲はロービームより広い。したがって、ＦＯＧランプと共用すれば、ロービームの配光は図３１（ｃ）に示すような周辺視野部（図１８に示すゾーンＺ３）の光度を低減させた配光とすることができる。つまり、マトリックスＬＥＤの周辺視野部（ゾーンＺ３）に対応するＬＥＤチップの個数を削減することができる。

　（制御フローチャート）
　図３２は、第２の実施の形態に係るヘッドライトシステムにおける制御の一例を示すフローチャートである。

　図３２に示す処理は、ヘッドランプスイッチなどにより選択された場合や、各種センサの情報に基づいて所定の状況（夜間走行やトンネル内走行）が認識された場合に、所定の間隔で繰り返し実行される。

　はじめに、配光制御ＥＣＵ１１０２や前方監視ＥＣＵ１１０４は、カメラや各種センサ、スイッチなどから必要なデータを取得する（Ｓ１１０）。データは、例えば、車両前方の画像、車速、車間距離、走路の形状、ハンドルの舵角、ヘッドランプスイッチにより選択されている配光パターンなどのデータである。

　前方監視ＥＣＵ１１０４は、取得したデータに基づいてデータ処理１を行う（Ｓ１１２）。データ処理１により、車両前方の光輝物体の属性（信号灯、照明灯、デリニエータなど）や、車両の属性（対向車、先行車）、車間距離、輝物体の輝度、道路形状（車線幅、直線路、曲路）などのデータが算出される。

　次に、配光制御ＥＣＵ１１０２は、データ処理１で算出されたデータに基づいてデータ処理２を行い（Ｓ１１４）、適切な配光パターンを選択する。選択される制御配光パターンは、例えば、ロービーム用配光パターン、ハイビーム用配光パターン、ＡＤＢなどである。また、選択された配光パターンに応じて、ＬＥＤチップの点消灯や投入電力の制御量が決定される。

　なお、ＡＤＢが選択された場合（Ｓ１１６のＹｅｓ）、配光制御ＥＣＵ１１０２によりデータ処理３が行われる（Ｓ１１８）。データ処理３では、例えば、ＡＤＢ制御による照明エリアや遮光エリア、照明光量、照射方向が決定される。また、これらの情報に加えてデータ処理１で算出されたデータに基づいてＡＦＳ制御も可能である。ＡＦＳ制御とは、曲路や走行地域（市街地、郊外、高速道路）、天候に応じて配光を制御するものである。なお、ＡＤＢが選択されていない場合（Ｓ１１６のＮｏ）、ステップＳ１１８はスキップされる。

　次に、配光制御ＥＣＵ１１０２は、データ処理４においてドライバ用にデータを変換し（Ｓ１２０）、配光制御素子やアクチュエータ（ＡＣＴ）を駆動する（Ｓ１２２）ことで、ＡＤＢ制御やスイブル制御を行う。
　［第３の実施の形態］
　近年、車両などの前照灯ユニット（ヘッドライト）の光源として、ＬＥＤなどの半導体発光素子を複数用いた装置の開発が進んでいる。図３３は、第３の実施の形態に係る車両用前照灯装置の構成を模式的に示す斜視図である。図３４は、光源として複数の半導体発光素子をマトリックス配置した車両用前照灯装置の要部を側方から見た図である。

　車両用前照灯装置２０１０は、複数の半導体発光素子としてのＬＥＤチップ２０１２が互いに間隔をもって配置されている光源２０１４と、光源２０１４から出射した光を車両前方に光源像として投影する投影レンズ２０１６と、投影レンズの車両前方側に設けられ、光源像の倍率を変化させる倍率変化機構２０２２と、を備える。

　光源２０１４は、ＬＥＤ回路基板２０１８およびヒートシンク２０２０を有する。複数のＬＥＤチップ２０１２は、投影レンズ２０１６の焦点Ｆ近傍に配置されている。図３４では、投影レンズ２０１６の焦点Ｆを含み、光軸Ｌと垂直な平面に複数のＬＥＤチップ２０１２が配置されている。ここで、Ｈは投影レンズの主点、ｆは焦点距離、ｆｂはバックフォーカスを示している。

　一般に投射型光学系の配光は、投影レンズの焦点距離、光源像のサイズと倍率により決定される。したがって、レンズの焦点距離や光源サイズなどの光学系パラメータを変更せずに基本配光を拡大したい場合には、その方法は倍率を変更するのみとなる。具体的には、光源の位置を前後させて行う。しかしながら、光源を移動させて倍率を変化させると光源のＬＥＤチップ像が目立つため、他の方法が求められている。

　そこで、本実施の形態に係る車両用前照灯装置２０１０は、光源２０１４と投影レンズ２０１６との距離が一定の状態で光源像の倍率を変化させるために、倍率変化機構２０２２を備えている。

　倍率変化機構２０２２は、投影レンズ２０１６の前方に配置され、アナモルフィックレンズ系を構成する凹レンズ２０２４および凸レンズ２０２６と、凸レンズ２０２６を光軸Ｌと平行な方向に移動させるアクチュエータ２０２８と、を備える。凹レンズ２０２４および凸レンズ２０２６のうち、投影レンズ２０１６側に凸レンズ２０２６が配置されている。凸レンズ２０２６は、上下方向Ｄ１では厚みが変化せず、水平方向（車幅方向）Ｄ２では厚みが変化する形状である。また、凹レンズ２０２４も、上下方向Ｄ１では厚みが変化せず、水平方向Ｄ２では厚みが変化する形状である。つまり、凹レンズ２０２４および凸レンズ２０２６は、円筒面の一部と同じまたは近似したレンズ面を有する。

　凸レンズ２０２６の四隅にはガイドピン２０３０が設けられており、１つのガイドピン２０３０にはスクリュー２０３０ａが形成されている。アクチュエータ２０２８は、スクリュー２０３０ａと噛み合う歯車２０２８ａを有している。そして、アクチュエータ２０２８を動作させることで、ガイドピン２０３０を介して凸レンズ２０２６が光軸方向に移動する。これにより、凸レンズ２０２６と凹レンズ２０２４との間隔が調整される。

　なお、光源２０１４、投影レンズ２０１６、凸レンズ２０２６、凹レンズ２０２４、アクチュエータ２０２８等の部品を収容する灯体（不図示）を左右方向にスイブルするアクチュエータ２０３２が車両用前照灯装置２０１０の下部に設置されている。アクチュエータ２０３２は、灯体全体を支持する軸２０３４が固定されているステージ２０３６を回転駆動する。これにより、車両用前照灯装置２０１０が照射するビーム全体をスイブルできる。

　図３５（ａ）は、第３の実施の形態に係る光学系における拡散配光パターン形成時の光路を示す模式図、図３５（ｂ）は、第３の実施の形態に係る光学系における集光配光パターン形成時の光路を示す模式図である。

　車両用前照灯装置として、車速が遅い場合にはより広い範囲を照射すべく拡散配光パターンを形成し、車速が速い場合にはより遠方の範囲まで照射すべく集光配光パターンを形成する構成が求められる。また、通常の車両用前照灯装置においては、上下方向には拡散せずに水平（左右）方向のみに集光、拡散することが望まれる。

　そこで、本実施の形態に係る車両用前照灯装置２０１０は、倍率変化機構２０２２により凹レンズ２０２４と凸レンズ２０２６とのレンズ間隔を変化させることで、集光、拡散配光パターンの形成を行っている。なお、凹レンズ２０２４および凸レンズ２０２６の曲率半径Ｒが同一の場合、それらを密着させたときには、凹レンズ２０２４から出射する光線は平行光線となる。また、凹レンズ２０２４および凸レンズ２０２６の曲率半径Ｒが同一でない場合、凸レンズ２０２６から射出する光線の集光点を凹レンズ２０２４の焦点位置に一致させれば集光状態となり、その位置よりも凹レンズ２０２４と凸レンズ２０２６との間隔を広げれば拡散状態となる。

　例えば、図３５（ａ）に示すように、アクチュエータ２０２８により凸レンズ２０２６を凹レンズ２０２４から離間させることで、投影レンズ２０１６を出射したビームは、上下方向での倍率は変化せず、水平方向（車幅方向）Ｄ２のみ拡大される。一方、図３５（ａ）に示すように、アクチュエータ２０２８により凸レンズ２０２６を凹レンズ２０２４に近接させることで、投影レンズ２０１６を出射したビームは、上下方向での倍率は変化せず、水平方向（車幅方向）Ｄ２のみ集光される。なお、倍率変化機構２０２２は、光源像の上下方向の倍率が等倍よりも大きくなる構成であってもよい。

　図３６（ａ）～図３６（ｃ）は、第３の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成可能な配光パターンを示す図である。図３６（ａ）に示す配光パターンＰｃは、集光配光パターンを示す。図３６（ｂ）に示す配光パターンＰｄは、拡散配光パターンを示す。図３６（ｃ）に示す配光パターンＰｓは、集光配光パターンをスイブルした状態の配光パターンを示す。

　このように、車両用前照灯装置２０１０は、投影レンズ２０１６や光源２０１４の位置を変えずに光源像の倍率を変えることができ、集光および拡散した配光パターンの形成が可能となる。また、倍率変化機構２０２２には、光源像の車幅方向への倍率の変化が上下方向への倍率の変化よりも大きくなるように構成されている光学系が好適である。これにより、車幅方向の広い範囲を対象とした集光、拡散配光パターンの形成が可能となる。また、本実施の形態では、光学系としてアナモルフィックレンズ（anamorphic lens）系を採用している。これにより、簡易な構成で集光および拡散した配光パターンの形成が可能となる。なお、光学系としては、アナモルフィックレンズ系に限らず、本願発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の光学系の採用が可能である。

　次に、光源の構成や位置に関して、より好ましい形態について説明する。

　図３７は、複数のＬＥＤチップをマトリックス配置した状態を正面から見た図である。このようにマトリックス配置した複数のＬＥＤチップ（以下、「マトリックスＬＥＤ」と称する。）からなる光源を車両前方に向け、その前方に投影レンズを配置した光学系は、焦点Ｆを含む平面上のＬＥＤチップの輝度分布が前方に投射される。したがって、ＬＥＤチップが複数であればスクリーン上にそのＬＥＤチップ群の輝度分布が投影される。しかしながら、このようなマトリックスＬＥＤを用いたヘッドランプでは以下の点で改善の余地がある。

　（１）ＬＥＤチップ間の暗部（図３７に示す隙間ｇ１、ｇ２に対応）がスクリーン上で目立つ。このような暗部は、運転者の視認性を部分的に低下させる。例えば、道路前方に衝立があった場合には、そこに矩形の模様が現れる。また、路面に縞模様が現れる場合もある。

　（２）ロービーム配光パターンに必要な斜め（４５度）カットオフラインのＺ配光を形成しづらい。また、カットオフライン近傍をぼかせない。

　次に、投影レンズによる結像について説明する。図３８（ａ）は、焦点から出た光が投影レンズに入射した場合の光路を示す図、図３８（ｂ）は、焦点より後方から出た光が投影レンズに入射した場合の光路を示す図、図３８（ｃ）は、焦点より前方から出た光が投影レンズに入射した場合の光路を示す図である。

　図３８（ａ）に示すように、焦点Ｆ上に光源（物体）を設置するとその像は無限遠に結像する。実際の投影レンズの焦点距離は３０～５０ｍｍ程度であり、この焦点距離と比較すると、結像スクリーンまでの距離（１０ｍまたは２５ｍ）は無限遠といえる。そのため、スクリーン上には光源の輝度分布がほぼそのまま投影され、ＬＥＤチップ間の暗部が目立つ。

　また、図３８（ｂ）に示すように、焦点Ｆの後側に光源を設置した場合、光源の像は倍率ｂ／ａの実像となるため、依然としてＬＥＤチップ間の暗部は目立つ。

　一方、図３８（ｃ）に示すように、焦点Ｆの前側に光源を設置した場合、光源の像は虚像となりスクリーンには結像しない。なお、光源を投影レンズに接近させすぎると、投影レンズの機能をなさず、所望の配光も形成することが困難となる。

　本発明者は、このような知見に基づいて鋭意検討した結果、マトリックスＬＥＤの輝度ムラを目立たなくさせるためには、焦点より前側で、かつ、極力焦点近傍にＬＥＤチップを配置することで光源の像を虚像とすることが好ましい点に想到した。また、虚像の倍率は極力大きい方がよい点にも想到した。そこで、虚像の倍率を以下に求める。

　図３８（ｃ）に示すように、物体（光源）と投影レンズとの距離をａ、焦点距離をｆとすると、結像位置（結像距離ｂ）は、近軸光学系の結像式である式（２）で表される。
　１／ｆ＝１／ａ－１／ｂ・・・式（２）

　ここで、距離ａをｆ／２、２ｆ／３、３ｆ／４、４ｆ／５、９ｆ／１０、１９ｆ／２０としたときの、虚像の結像距離ｂと倍率ｂ／ａを表２に示す。

　図３８（ｃ）に示すように、光源からの射出光線はあたかも虚像位置より出射するように進む。したがって、スクリーン上の輝度分布は倍率が高いほど複数の半導体発光素子（ＬＥＤチップ）が重ね合わさるようになり、スクリーン上のムラが目立たなくなる。

　次に、前述のロービーム配光パターンに必要な斜めカットオフラインを形成しづらい点や、カットオフライン近傍をぼかせない点について説明する。図３９は、矩形のＬＥＤチップの各辺を水平方向と平行に配置したマトリックスＬＥＤの配列を示す模式図である。

　図３９に示すマトリックスＬＥＤの場合、点線で囲まれている領域Ｒ１のＬＥＤチップを点灯させ、それ以外のＬＥＤチップを消灯しても、４５度の斜めカットオフラインを有するＺ配光は形成できない。仮に、図３９に示すようなＬＥＤチップの配列でＺ配光を実現するためには、更にＬＥＤチップの個数を増加させ、擬似的に斜めカットオフラインを形成する必要がある。しかしながら、そのような場合には、マトリックスＬＥＤのサイズが増大するため、投影レンズの焦点距離を長くする必要があり、結果的に灯具サイズの拡大を招く。そこで、発明者は、これらの問題を鋭意検討し、後述するレイアウトのマトリックスＬＥＤを採用することに想到した。

　そこで、前述の車両用前照灯装置における光源の位置やＬＥＤチップの配列を更に改良した変形例の構成について以下に説明する。

　図４０は、第３の実施の形態の変形例に係る車両用前照灯装置２０１０の要部を側方から見た概略構成図である。図４０に示す光源２０１４では、複数のＬＥＤチップ２０１２は、投影レンズ２０１６の焦点Ｆよりも前方に配置されている。

　したがって、本実施の形態に係る車両用前照灯装置２０１０においては、前述のように、光源像が虚像として前方に投影されるため、隣接するＬＥＤチップ２０１２の間の暗部が、投影された光源像において目立たなくなる。なお、複数のＬＥＤチップ２０１２は、その発光面が車両前方を向くように配置されている。これにより、リフレクタなどの反射部材が必要なくなる。

　図４１は、図４０に示す光源を正面から見たマトリックスＬＥＤの配列を示す模式図である。図４１に示すマトリックスＬＥＤでは、発光面が矩形のＬＥＤチップの各辺が水平方向（車幅方向）に対して斜め（水平に対して４５度）になるように各ＬＥＤチップが配置されている。

　このようなマトリックスＬＥＤの場合、点線で囲まれている領域Ｒ２のＬＥＤチップを点灯させ、それ以外のＬＥＤチップを消灯すると、点灯しているＬＥＤチップ２０１２ａ～２０１２ｃによって、明瞭な４５度の斜めカットオフラインが形成される。また、点灯しているＬＥＤチップの領域Ｒ２の上縁は、ノコギリ歯形状となっているため、水平方向のカットオフラインをぼかすことができる。

　図４２（ａ）は、第３の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成されるロービーム配光パターンを示す図、図４２（ｂ）は、第３の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成されるハイビーム配光パターンを示す図である。図４１に示すマトリックスＬＥＤのうち、領域Ｒ２に配置されているＬＥＤチップを点灯することで、図４２（ａ）に示すように、マトリックスＬＥＤからなる光源によって、Ｚ配光のロービーム配光パターンＰＬが形成される。また、図４１に示すマトリックスＬＥＤの全てを点灯することで、図４２（ｂ）に示すハイビーム配光パターンＰＨが形成される。

　次に、ＬＥＤチップの大きさと各ＬＥＤチップ間の間隔とに応じた適切な虚像の倍率について説明する。図４３は、第３の実施の形態に係るマトリックスＬＥＤの一部を拡大した図である。図４３で、ＷはＬＥＤチップのサイズ、Ｐは近接するＬＥＤチップのピッチ間隔、ＰｈはＬＥＤチップの水平方向のピッチ間隔、ＰｖはＬＥＤチップの垂直方向のピッチ間隔である。

　この場合、虚像の倍率は、少なくともＰ／Ｗ倍が必要である。例えば、チップサイズＷが１ｍｍ□、ピッチ３ｍｍとすればＰ／Ｗ＝３であり、投影レンズによる結像倍率は少なくとも３倍必要である。それを実現する物体位置（距離）は、表２より２ｆ／３となる。

　したがって、ＬＥＤチップは、投影レンズより焦点距離ｆの２／３の位置から焦点Ｆの位置の間に設置する必要がある。しかし、焦点Ｆ上にＬＥＤチップを設置するとスクリーン上には輝度ムラが目立ち始める。

　そこで、ＬＥＤチップは、投影レンズ２０１６の焦点距離をｆ［ｍｍ］、ＬＥＤチップの発光面の一辺をＷ［ｍｍ］、一のＬＥＤチップと隣接している他のＬＥＤチップとのピッチをＰ［ｍｍ］とすると、ＬＥＤチップと投影レンズ２０１６との距離が（（Ｐ－Ｗ）／Ｐ）×ｆ以上となるように配置されているとよい。

　なお、Ｐ／Ｗ＝３の場合、ＬＥＤチップの設置誤差Ｓも含めて考えれば、ＬＥＤチップ位置は投影レンズより２ｆ／３からｆ－Ｓまでの間に設置すればよい。実際には、量産性を考慮し実際のＰ／Ｗより大きな倍率となるような位置に光源を設置するとよい。また、設置誤差Ｓは、製造精度の標準偏差σを考慮して適宜に設定すればよい。

　上述のように、マトリックスＬＥＤは投影レンズの焦点位置Ｆより前方（投影レンズ側）に設置するとよい。マトリックスＬＥＤの設置範囲は、ＬＥＤチップサイズをＷ、ピッチ（チップの設置間隔）をＰとしたとき、投影レンズによる虚像の倍率がＰ／Ｗより大きく、５０倍より小さな倍率の位置（ｆ＝５０のとき、ａ＝４９）の範囲が好ましい。

　詳述すると、ＬＥＤチップは、投影レンズ２０１６の焦点距離をｆ［ｍｍ］とすると、ＬＥＤチップ２０１２と投影レンズ２０１６との距離が０．９８ｆ以下となるように配置されているとよい。これにより、マトリックスＬＥＤのチップ間の暗部を目立たなくすることができる。なお、マトリックスＬＥＤにおいて、隣接するＬＥＤチップまでの間隔が縦方向と横方向とで異なる場合、ピッチ間隔Ｐは広い（Ｐが大きい）方で設定する。

　なお、マトリックスＬＥＤは、ＬＥＤチップの水平方向のピッチ間隔Ｐｈが、垂直方向ピッチ間隔Ｐｖ以上であるとよい。これにより、Ｚ配光形状を更に明瞭にすることができる。また、鉛直方向に光束密度を高めることができることから、ヘッドライトに適した横長の配光パターンが形成しやすくなる。

　このように、本実施の形態に係る車両用前照灯装置２０１０は、光源にマトリックスＬＥＤを採用した投影型のヘッドランプであり、前方監視センサからの前方車両の存在状況に基づいて、マトリックスＬＥＤの点灯部位若しくは点灯電流を設定することが可能であり、一般的なロービーム用配光パターンやハイビーム用配光パターンに加えて、様々な配光パターンの実現が可能である。

　次に、マトリックスＬＥＤを使用した配光可変型ヘッドランプシステムの変形例について説明する。図４４（ａ）、図４４（ｂ）は、第３の実施の形態に係るマトリックスＬＥＤの変形例を説明するための図である。図４５（ａ）～図４５（ｃ）は、マトリックスＬＥＤにより形成されるスポットビーム状の配光パターンを示す図である。

　図４４（ａ）、図４４（ｂ）に示すように、変形例に係るマトリックスＬＥＤは、ＬＥＤチップを４～１０個程度使用する。例えば、マトリックスＬＥＤは、図４４（ａ）に示すように配列され、スポットビーム状の配光パターンを形成するように構成されている。この場合、図４５（ａ）に示すような矩形のスポットビーム状の配光パターンＰ１となる。この配光パターンＰ１を、図４５（ｂ）に示すように、曲路で水平方向に移動させてもよい。

　また、マトリックスＬＥＤは、図４４（ｂ）に示すように一部のＬＥＤチップ２０１２ｄが菱形配置となるように配列され、スポットビーム状の配光パターンを形成するように構成されていてもよい。この場合、図４５（ｃ）に示すような横長楕円のスポットビーム状の配光パターンＰ２が形成しやすくなる。

　図４６は、第３の実施の形態に係る車両用前照灯装置により形成される配光パターンの一例を示す図である。本実施の形態に係る車両用前照灯装置２０１０は、図４６に示すように、一部の領域Ｒ３を照射しない配光パターンＰＨ’を形成することができる。これにより、前方車両にグレアを与えないようにしながら、車両前方の視認性を確保することができる。

　（制御システム構成）
　次に、ヘッドライトの制御システムの構成について説明する。図４７は、ヘッドライトシステムの概略構成を示すブロック図である。

　ヘッドライトシステム２１００は、左右それぞれの車両用前照灯装置２０１０、配光制御ＥＣＵ２１０２、前方監視ＥＣＵ２１０４等を備えている。車両用前照灯装置２０１０は、前述のようにマトリックスＬＥＤからなる光源２０１４と、投影レンズ２０１６と、それらを収容する灯体とを有する。また、各車両用前照灯装置２０１０には、凸レンズ２０２６の移動や灯体をスイブルする駆動装置（ＡＣＴ）２１０６が接続されている。駆動装置２１０６は、前述のアクチュエータ２０２８やアクチュエータ２０３２が相当する。

　前方監視ＥＣＵ２１０４は、車載カメラ２１０８、レーダ２１１０、車速センサ２１１２などの各種センサが接続されている。前方監視ＥＣＵ２１０４は、センサから取得した撮像データを画像処理し、前方車両（対向車や先行車）やその他の路上光輝物体、そして区画線（レーンマーク）を検出し、それらの属性や位置など配光制御に必要なデータを算出する。算出されたデータは、車内ＬＡＮなどを介して配光制御ＥＣＵ２１０２や各種車載機器に発信される。

　配光制御ＥＣＵ２１０２は、車速センサ２１１２、舵角センサ２１１４、ＧＰＳナビゲーション２１１６、ヘッドランプスイッチ２１１８などが接続されている。配光制御ＥＣＵ２１０２は、前方監視ＥＣＵ２１０４から送出されてくる路上光輝物体の属性（対向車、先行車、反射器、道路照明）、その位置（前方、側方）と車速に基づいて、その走行場面に対応した配光パターンを決定する。例えば、配光制御ＥＣＵ２１０２は、形成すべき配光パターンとして、車速が速い場合は集光配光パターンを、車速が低い場合は拡散配光パターンを決定する。そして、配光制御ＥＣＵ２１０２は、その配光パターンを実現するために必要な配光可変ヘッドランプの制御量を決定する。ここで、制御量は、例えば、上下・左右ビーム移動量、マスキング部分（遮光領域）の位置と範囲、凸レンズ２０２６の移動量などである。

　また、配光制御ＥＣＵ２１０２は、駆動装置２１０６や、マトリックスＬＥＤの各ＬＥＤチップの制御内容（点消灯、投入電力など）を決定する。なお、駆動装置２１０６には、配光可変ランプユニットを上下・左右方向などに駆動するメカ式の駆動装置を用いることができる。ドライバ２１２０は、配光制御ＥＣＵ２１０２からの制御量の情報を、駆動装置２１０６や配光制御素子の動作に対応した命令に変換すると共にそれらを制御する。

　（制御フローチャート）
　図４８は、第３の実施の形態に係るヘッドライトシステムにおける制御の一例を示すフローチャートである。

　図４８に示す処理は、ヘッドランプスイッチなどにより選択された場合や、各種センサの情報に基づいて所定の状況（夜間走行やトンネル内走行）が認識された場合に、所定の間隔で繰り返し実行される。

　はじめに、配光制御ＥＣＵ２１０２や前方監視ＥＣＵ２１０４は、カメラや各種センサ、スイッチなどから必要なデータを取得する（Ｓ２１０）。データは、例えば、車両前方の画像、車速、車間距離、走路の形状、ハンドルの舵角、ヘッドランプスイッチにより選択されている配光パターンなどのデータである。

　前方監視ＥＣＵ２１０４は、取得したデータに基づいてデータ処理１を行う（Ｓ２１２）。データ処理１により、車両前方の光輝物体の属性（信号灯、照明灯、デリニエータなど）や、車両の属性（対向車、先行車）、車速、車間距離、輝物体の輝度、道路形状（車線幅、直線路、曲路）などのデータが算出される。

　次に、配光制御ＥＣＵ２１０２は、データ処理１で算出されたデータに基づいてデータ処理２を行い（Ｓ２１４）、適切な配光パターンを選択する。選択される制御配光パターンは、例えば、ロービーム用配光パターン、ハイビーム用配光パターン、ＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）、集光配光パターン、拡散配光パターンなどである。また、選択された配光パターンに応じて、ＬＥＤチップの点消灯や投入電力の制御量が決定される。

　なお、ＡＤＢが選択された場合（Ｓ２１６のＹｅｓ）、配光制御ＥＣＵ２１０２によりデータ処理３が行われる（Ｓ２１８）。データ処理３では、例えば、ＡＤＢ制御による照明エリアや遮光エリア、照明光量、照射方向が決定される。また、これらの情報に加えてデータ処理１で算出されたデータに基づいてＡＦＳ（Adaptive Front-Lighting System）制御も可能である。ＡＦＳ制御とは、曲路や走行地域（市街地、郊外、高速道路）、天候に応じて配光を制御するものである。なお、ＡＤＢが選択されていない場合（Ｓ２１６のＮｏ）、ステップＳ２１８はスキップされる。

　次に、配光制御ＥＣＵ２１０２は、データ処理４においてドライバ用にデータを変換し（Ｓ２２０）、配光制御素子やアクチュエータ（ＡＣＴ）を駆動する（Ｓ２２２）ことで、ＡＤＢ制御やスイブル制御を行う。

　以上、本発明を各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

　１０　車両用前照灯装置、　１２　ＬＥＤチップ、　１４　光源、　１６　投影レンズ、　１００　ヘッドライトシステム、　１０２　配光制御ＥＣＵ、　１０４　前方監視ＥＣＵ。

　本発明は、車両用前照灯装置に利用できる。

Claims (18)

1. 　複数の半導体発光素子が互いに間隔をもって配置されている光源と、
   　前記光源から出射した光を車両前方に光源像として投影する投影レンズと、を備え、
   　前記複数の半導体発光素子は、前記投影レンズの焦点よりも前方に配置されていることを特徴とする車両用前照灯装置。
2. 　前記半導体発光素子は、その発光面が車両前方を向くように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用前照灯装置。
3. 　前記半導体発光素子は、その発光面が矩形であり、該発光面の辺が車幅方向に対して斜めになるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用前照灯装置。
4. 　前記半導体発光素子は、前記投影レンズの焦点距離をｆ［ｍｍ］とすると、該半導体発光素子と前記投影レンズとの距離が０．９８ｆ以下となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両用前照灯装置。
5. 　前記半導体発光素子は、前記投影レンズの焦点距離をｆ［ｍｍ］、該半導体発光素子の発光面の一辺をＷ［ｍｍ］、該半導体発光素子と隣接している半導体発光素子とのピッチをＰ［ｍｍ］とすると、該半導体発光素子と前記投影レンズとの距離が（（Ｐ－Ｗ）／Ｐ）×ｆ以上となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車両用前照灯装置。
6. 　複数の半導体発光素子がマトリックス状に配列されており、車両前方へ光を照射可能な光源と、
   　前記光源に含まれる複数の半導体発光素子の点消灯を制御する制御部と、を備え、
   　前記複数の半導体発光素子は、
   　車両前方の照射領域に含まれる第１の区画へ向かう光を出射する複数の第１半導体発光素子と、
   　前記照射領域に含まれる、前記第１の区画とは異なる第２の区画へ向かう光を出射し、前記第１半導体発光素子とは異なる特性を有する複数の第２半導体発光素子と、を含み、
   　前記制御部は、
   　第１半導体発光素子の数よりも少ない数のグループに分けられた前記複数の第１半導体発光素子を、グループ毎に駆動する第１駆動部と、
   　第２半導体発光素子の数よりも少ない数のグループに分けられた前記複数の第２半導体発光素子を、グループ毎に駆動する第２駆動部と、
   　を有することを特徴とする車両用前照灯装置。
7. 　前記第１半導体発光素子は、前記第２半導体発光素子と比較して、同じ電流を流したときの輝度が異なる素子で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の車両用前照灯装置。
8. 　前記第１半導体発光素子は、前記第２半導体発光素子と比較して、順電流の最大定格が異なる素子で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の車両用前照灯装置。
9. 　前記第１半導体発光素子は、前記第１の区画が前記照射領域の中央部を含むように配置されており、
   　前記制御部は、前記第１半導体発光素子の輝度が前記第２半導体発光素子の輝度よりも高くなるように該第１半導体発光素子および該第２半導体発光素子の点消灯を制御することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の車両用前照灯装置。
10. 　前記複数の半導体発光素子は、その発光面が車両前方を向くように配置されていることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の車両用前照灯装置。
11. 　前記複数の半導体発光素子は、その発光面が矩形であり、該発光面の辺が車幅方向に対して斜めになるように配置されていることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の車両用前照灯装置。
12. 　複数の半導体発光素子がマトリックス状に配列されており、車両前方へ光を照射可能な光源と、
    　前記光源に含まれる複数の半導体発光素子の点消灯を制御する制御部と、を備え、
    　前記複数の半導体発光素子は、
    　半導体発光素子がマトリックス状に配列されている領域の第１のブロックに配置されている複数の第１半導体発光素子と、
    　半導体発光素子がマトリックス状に配列されている領域の、前記第１のブロックとは異なる第２のブロックに配置され、前記第１半導体発光素子とは異なる特性を有する複数の第２半導体発光素子と、を含み、
    　前記制御部は、
    　第１半導体発光素子の数よりも少ない数のグループに分けられた前記複数の第１半導体発光素子を、グループ毎に駆動する第１駆動部と、
    　第２半導体発光素子の数よりも少ない数のグループに分けられた前記複数の第２半導体発光素子を、グループ毎に駆動する第２駆動部と、
    　を有することを特徴とする車両用前照灯装置。
13. 　複数の半導体発光素子が互いに間隔をもって配置されている光源と、
    　前記光源から出射した光を車両前方に光源像として投影する投影レンズと、
    　前記投影レンズの車両前方側に設けられ、光源像の倍率を変化させる倍率変化機構と、
    　を備えることを特徴とする車両用前照灯装置。
14. 　前記複数の半導体発光素子は、前記投影レンズの焦点よりも前方に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の車両用前照灯装置。
15. 　前記半導体発光素子は、その発光面が車両前方を向くように配置されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の車両用前照灯装置。
16. 　前記半導体発光素子は、その発光面が矩形であり、該発光面の辺が車幅方向に対して斜めになるように配置されていることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の車両用前照灯装置。
17. 　前記倍率変化機構は、光源像の車幅方向への倍率の変化が上下方向への倍率の変化よりも大きくなるように構成されている光学系であることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の車両用前照灯装置。
18. 　前記光学系は、アナモルフィックレンズ系であることを特徴とする請求項１７に記載の車両用前照灯装置。

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