CN105992908A - 光学单元和车辆用灯具 - Google Patents

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Abstract

光学单元(120)包括光源(112)、以旋转轴为中心旋转的旋转反射器(140)、以及具有被入射来自旋转反射器(140)的反射光的入射面(130b)的投影透镜(130)。旋转反射器(140)沿旋转轴的周向具有多个叶片(142)，该叶片(142)具有在旋转预定角度期间反射从光源射出的光而形成所希望的配光图案的反射面。在投影透镜(130)和旋转反射器(140)之间设有遮光器(160)。遮光器(160)将以预定范围的角度入射到投影透镜(130)的出射面(130a)、并被投影透镜集光而朝向旋转反射器(140)的反射面的光的至少一部分遮挡。

Description

光学单元和车辆用灯具
技术领域
本发明涉及光学单元，尤其涉及被用于车辆用灯具的光学单元。
背景技术
已知有具备光学单元的车辆用灯具，该光学单元具有一边反射从光源射出的光一边以旋转轴为中心向一个方向旋转的旋转反射器(参照专利文献1)。在旋转反射器上，沿旋转轴的周向设有多个叶片，该叶片设有反射面，使得反射的光形成所希望的配光图案。被叶片反射后的光通过投影透镜而向车辆用灯具前方投影。
[在先技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请第2010-092124号公报
发明内容
〔发明所要解决的课题〕
当安装有上述那样的车辆用灯具的车辆在白天行驶时，入射到灯具的太阳光被投影透镜集光到旋转反射器的叶片的反射面上，有可能会造成叶片熔损。
本发明是鉴于这样的状况而研发的，其目的在于提供一种在具有旋转反射器的光学单元中防止因入射到投影透镜的光集光而导致的叶片熔损的技术。
〔用于解决课题的手段〕
本发明一个方案的光学单元包括：光源；以旋转轴为中心旋转的旋转反射器，其沿旋转轴的周向具有多个叶片，该叶片具有在旋转预定的角度期间反射从光源射出的光而形成所希望的配光图案的反射面；以及具有被入射来自旋转反射器的反射光的入射面的投影透镜。在投影透镜与旋转反射器之间，设有将以预定范围的角度入射到投影透镜的出射面、并被该投影透镜集光后朝向旋转反射器的反射面的光的至少一部分遮挡的遮光器。
根据该方案，通过用遮光器遮挡被投影透镜集光到叶片的反射面上的光，能防止叶片的熔损。
遮光器可以被设置在不遮挡来自反射器的反射光的位置。由此，能排除遮光器对光学单元形成的配光图案造成的影响。
遮光器可以是金属制的。由此，能防止因集光而导致的遮光器本身熔损的情况。
〔发明效果〕
根据本发明，能在具有旋转反射器的光学单元中防止因入射到投影透镜的光集光而导致的叶片熔损。
附图说明
图1是第1实施方式的车辆用前照灯的水平剖视图。
图2是示意性地表示含有第1实施方式的光学单元的灯单元的构成的俯视图。
图3是从图1所示的A方向看灯单元时的侧视图。
图4的(a)～图4的(e)是表示在第1实施方式的灯单元中与旋转反射器的旋转角相应的叶片的样子的立体图。图4的(f)～图4的(j)是用于与图4的(a)～图4的(e)的状态相对应地说明反射来自光源的光的方向发生变化的点的图。
图5的(a)～图5的(e)是表示旋转反射器处于与图4的(f)～图4的(j)的状态对应的扫描位置时的投影图像的图。
图6的(a)是表示利用第1实施方式的车辆用前照灯扫描相对于光轴左右±5度的范围时的配光图案的图；图6的(b)是表示图6的(a)所示的配光图案的光度分布的图；图6的(c)是表示利用第1实施方式的车辆用前照灯将配光图案中的一处遮光后的状态的图；图6的(d)是表示图6的(c)所示的配光图案的光度分布的图；图6的(e)是表示利用第1实施方式的车辆用前照灯将配光图案中的多处遮光后的状态的图；图6的(f)是表示图6的(e)所示的配光图案的光度分布的图。
图7是第2实施方式的车辆用灯具的概略立体图。
图8是第2实施方式的车辆用灯具的另一例的概略立体图。
图9是图7的光学单元的俯视图。
图10是从车辆后方侧观察图7的光学单元时的立体图。
图11的(a)～(d)是表示太阳光入射到光学单元的投影透镜的出射面时的光线轨迹的图。
具体实施方式
以下基于实施方式参照附图说明本发明。对各附图所示的相同或等同的构成要素、部件、处理标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。此外，实施方式只是例示，并非限定发明，并非实施方式所记载的全部特征及其组合都是发明的本质部分。
(第1实施方式)
图1是第1实施方式的车辆用前照灯的水平剖视图。车辆用前照灯10是被安装在汽车前端部的右侧的右侧前照灯，与被安装在左侧的前照灯左右对称，除此以外二者是相同的构造。因此，以下针对右侧的车辆用前照灯10进行详细描述，省略左侧的车辆用前照灯的说明。
如图1所示，车辆用前照灯10具有灯体12，该灯体12具有朝前方开口的凹部。灯体12的前面开口被透明的前罩14覆盖而形成灯室16。灯室16作为以沿车宽方向并排配置2个灯单元18、20的状态收容它们的空间而发挥功能。
这些灯单元中，被配置在外侧、即被配置在右侧的车辆用前照灯10的图1所示上侧的灯单元20是具有透镜的灯单元，被构成为照射可变远光灯。另一方面，这些灯单元中，被配置在内侧、即被配置在右侧的车辆用前照灯10的图1所示下侧的灯单元18被构成为照射近光灯。
近光灯用的灯单元18具有反射器22和被反射器22支承的光源灯泡(白炽灯泡)24、以及未图示的遮光器，反射器22通过未图示的已知方式、例如使用了调光螺钉和螺母的方式而被可自由倾斜地支承于灯体12。
灯单元20如图1所示那样具有旋转反射器26、LED28、被配置在旋转反射器26前方的作为投影透镜的凸透镜30。需要说明的是，也可以不采用LED28，而是采用EL元件或LD元件等半导体发光元件作为光源。另外，也可以取代LED28地采用半导体激光器、或以半导体激光器使荧光体激励发光的光源，还可以采用它们与LED的组合作为光源。特别是为了后述的用于对配光图案的一部分进行遮光的控制，优选采用能短时间且精度良好地进行亮灭灯的光源。凸透镜30的形状只要根据所被要求的配光图案或照度分布等配光特性适当选择即可，但也可以采用非球面透镜或自由曲面透镜。在本实施方式中，采用非球面透镜作为凸透镜30。
旋转反射器26基于未图示的电机等驱动源以旋转轴R为中心向一个方向旋转。另外，旋转反射器26具有被构成使得一边旋转一边反射从LED28射出的光，来形成所希望的配光图案的反射面。在实施方式中，旋转反射器26构成了光学单元。
图2是示意性地表示含有本实施方式的光学单元的灯单元20的构成的俯视图。图3是从图1所示的A方向看灯单元20时的侧视图。
旋转反射器26的作为反射面发挥功能的形状相同的3枚叶片26a被设置在筒状的旋转部26b的周围。旋转反射器26的旋转轴R相对于光轴Ax倾斜，被设置在包含光轴Ax和LED28的平面内。换言之，旋转轴R被设置得与通过旋转来沿左右方向进行扫描的LED28的光(照射光束)的扫描平面大致平行。由此来谋求光学单元的薄型化。在这里，所谓扫描平面，例如可以理解为通过将作为扫描光的LED28的光的轨迹连续连接起来而形成的扇形的平面。另外，在本实施方式的灯单元20中，所具备的LED28比较小，LED28所被配置的位置也在旋转反射器26与凸透镜30之间且偏离于光轴Ax。因此，与如以往的投影方式的灯单元那样光源和反射器及透镜在光轴上排列成一列的情况相比，能使车辆用前照灯10的深度方向(车辆前后方向)缩短。
另外，旋转反射器26的叶片26a的形状被构成使得LED28的反射后的2次光源被形成在凸透镜30的焦点附近。另外，叶片26a具有以如下方式扭曲的形状，即，沿以旋转轴为中心的周向，光轴Ax与反射面所成的角度逐渐变化。由此，能如图2所示那样利用LED28的光进行扫描。关于这一点，将进一步详细描述。
图4的(a)～图4的(e)是表示在本实施方式的灯单元中与旋转反射器26的旋转角相应的叶片的样子的立体图。图4的(f)～图4的(j)是用于说明与图4的(a)～图4的(e)的状态对应地反射来自光源的光的方向发生变化的点的图。
图4的(a)表示了LED28被配置使得照射2个叶片26a1、26a2的边界区域的状态。在该状态下，如图4的(f)所示，LED28的光被叶片26a1的反射面S向相对于光轴Ax倾斜的方向反射。其结果，形成配光图案的车辆前方区域中的、左右两端部的一个端部区域被照射。之后，旋转反射器26旋转而成为图4的(b)所示的状态时，由于叶片26a1是扭曲的，故反射LED28的光的叶片26a1的反射面S(反射角)发生变化。其结果，如图4的(g)所示那样，LED28的光被朝比图4的(f)所示的反射方向更靠近光轴Ax的方向反射。
接下来，当旋转反射器26如图4的(c)、图4的(d)、图4的(e)所示那样旋转时，LED28的光的反射方向就朝着形成配光图案的车辆前方区域中的、左右两端部的另一端部变化。本实施方式的旋转反射器26被构成使得旋转120度时，由LED28的光沿一个方向(水平方向)扫描1次前方。换言之，随着1枚叶片26a通过LED28前面，车辆前方的所希望的区域被LED28的光扫描1次。需要说明的是，如图4的(f)～图4的(j)所示那样，2次光源(光源虚像)31在凸透镜30的焦点附近左右移动。叶片26a的数量和形状、旋转反射器26的旋转速度是考虑到所需的配光图案的特性及所要扫描的像的闪烁而基于实验或仿真的结果适当设定的。另外，作为能根据各种配光控制而改变旋转速度的驱动部，优选电机。由此，能容易地改变进行扫描的时机(timing)。作为这样的电机，优选能从电机自身得到旋转时机信息的类型。具体来说，可以举出DC无刷电机。在采用了DC无刷电机的情况下，由于能从电机自身得到旋转时机信息，故能省略编码器等设备。
这样，本实施方式的旋转反射器26能通过设计叶片26a的形状和旋转速度来利用LED28的光沿左右方向扫描车辆前方。图5的(a)～图5的(e)是表示了旋转反射器处于与图4的(f)～图4的(j)的状态对应的扫描位置时的投影图像的图。图的纵轴和横轴的单位是度(°)，表示了照射范围和照射位置。如图5的(a)～图5的(e)所示，随着旋转反射器26的旋转，投影图像沿水平方向移动。
图6的(a)是表示利用本实施方式的车辆用前照灯扫描相对于光轴左右±5度的范围时的配光图案的图，图6的(b)是表示图6的(a)所示的配光图案的光度分布的图，图6的(c)是表示利用本实施方式的车辆用前照灯将配光图案中的一处遮光的状态的图，图6的(d)是表示图6的(c)所示的配光图案的光度分布的图，图6的(e)是表示利用本实施方式的车辆用前照灯将配光图案中的多处遮光的状态的图，图6的(f)是表示图6的(e)所示的配光图案的光度分布的图。
如图6的(a)所示，本实施方式的车辆用前照灯10能用旋转反射器26反射LED28的光，并以反射后的光扫描前方，由此形成实质上为矩形的远光灯用配光图案。这样，能通过旋转反射器26的一个方向的旋转形成所希望的配光图案，故无需基于共振镜那样的特殊机构的驱动，并且减少了共振镜那样针对反射面大小的制约。因此，通过选择具有更大的反射面的旋转反射器26，能将从光源射出的光高效地用于照明。即，能提高配光图案的最大光度。需要说明的是，本实施方式的旋转反射器26具有与凸透镜30的直径几乎相同的直径，并与之相应地能够加大叶片26a的面积。
另外，具有本实施方式的光学单元的车辆用前照灯10通过使LED28的亮灭灯的时机及发光度的变化与旋转反射器26的旋转同步，能如图6的(c)、图6的(e)所示那样形成将任意区域遮光的远光灯用配光图案。另外，在与旋转反射器26的旋转同步地使LED28的发光光度变化(亮灭灯)来形成远光灯用配光图案的情况下，还能通过使光度变化的相位错开来实现使配光图案本身旋转这样的控制。
如上述那样，本实施方式的车辆用前照灯能通过使LED的光扫描来形成配光图案，并通过控制发光光度的变化来对配光图案的一部分任意地形成遮光部。因此，与熄灭多个LED的一部分来形成遮光部的情况相比，能用较少数量的LED精度良好地使所希望的区域遮光。此外，由于车辆用前照灯10能形成多个遮光部，故即使前方存在多个车辆，也能将与各个车辆对应的区域遮光。
此外，车辆用前照灯10能不使基本的配光图案移动地进行遮光控制，故在遮光控制时能减少给驾驶员带来的不协调感。另外，由于能不移动灯单元20地使配光图案旋转，故能简化灯单元20的机构。因此，车辆用前照灯10中作为用于进行配光可变控制的驱动部，只要具有旋转反射器26的旋转所需的电机即可，能谋求结构的简化、低成本化、小型化。
(第2实施方式)
图7是从左上方看第2实施方式的车辆用灯具100时的概略立体图。与第1实施方式一样，车辆用灯具100是被安装在汽车的前端部右侧的右侧前照灯。
车辆用灯具100具有灯体102，其前面开口被透明的前罩(未图示)覆盖而形成灯室。灯体102中沿车宽方向并排配置2个灯单元118、120。
被配置在车宽方向外侧(图7中为左侧)的灯单元118是由光源、具有反射从光源发出的光的反射面的反射器、以及投影透镜构成的用于形成近光灯的灯单元。这样的灯单元是公知的，故省略详细的说明。
被配置在车宽方向内侧(图7中为右侧)的光学单元120是与在第1实施方式中说明的灯单元20同样的、具有旋转反射器140的灯单元。
需要说明的是，车辆用灯具100中可以除灯单元118、120外还具有其它类型的灯单元。
图9是图7的光学单元120的俯视图，图10是从车辆后方侧观察光学单元120时的立体图。光学单元120具有旋转反射器140、作为光源的LED112、被配置在旋转反射器26前方的作为凸透镜的投影透镜130。需要说明的是，也可以取代LED112而采用EL元件或LD元件等半导体发光元件作为光源。另外，也可以使用半导体激光器或用半导体激光器使荧光体激励发光的光源，还可以将它们与LED组合来作为光源。
如图9和图10所示那样，在LED112背后配设有用于促进LED散热的散热器114。
关于投影透镜130的形状，只要根据所要求的配光图案、照度分布等配光特性适当选择即可，也可以采用非球面透镜或自由曲面透镜。在本实施方式中，投影透镜130的一部分被切掉，使得能从车辆前方侧观察到旋转反射器(参照图7)。
旋转反射器140通过未图示的电机等驱动源而以旋转轴为中心向一个方向旋转。旋转反射器140沿筒状的旋转部144的周向具有多个(本实施方式中是2枚)叶片142，该叶片142具有在旋转预定角度期间将从LED112射出的光反射而形成所希望的配光图案的反射面。这些叶片142的形状同第1实施方式的旋转反射器26的叶片26a一样，被构成使得反射后的2次光源被形成在投影透镜130的焦点附近。另外，叶片142具有以如下方式扭曲的形状，即，在以旋转轴为中心的周向上光轴与反射面所成的角度逐渐变化。
光学单元120如参照图6所说明的那样，能够用旋转反射器140反射LED112的光，用反射的光扫描前方，形成实质上为矩形的远光灯用配光图案。
在旋转反射器140的叶片142的反射面的相反侧，设有冷却扇150。冷却扇150被安装在旋转反射器的旋转轴上，与旋转反射器140一起被上述的未图示的电机驱动。冷却扇150被设在叶片的反射面的相反侧，故不会对旋转反射器形成的配光图案产生任何影响。
冷却扇150是在圆筒形的壳体158内部可旋转地收容多叶片叶轮156的所谓的鼓风机。多叶片叶轮156与旋转反射器140共有旋转轴。冷却扇150被构成为从被形成在壳体158底部的吸入口152吸入空气，并将通过叶轮156的旋转而压缩后的空气从被形成在壳体158的侧面的吹出口154吹出的方式。通过采用鼓风机作为冷却扇，能向相对于旋转反射器的旋转轴正交的方向产生风。由于冷却扇150产生的风不直接到达旋转反射器140，故不会对旋转反射器的转数、转速产生影响。另外，通过将吸入口152配置在与旋转反射器140相反的一侧，能不受旋转反射器的影响地吸入空气。
当安装有上述那样的车辆用灯具100的车辆在白天行驶时，根据条件，旋转反射器140的叶片142有可能因太阳光而熔损。针对此，将参照图11进行说明。
图11的(a)～(d)是表示太阳光入射到光学单元120的投影透镜130的出射面130a时的光线轨迹的图。太阳的高度随时间而变化，故太阳光朝投影透镜的入射角也变化。图11的(a)、(b)、(c)、(d)分别表示了入射光相对于水平线为0度、10度、20度、30度时的光线轨迹。
入射到投影透镜130的出射面130a的光被投影透镜集光到后方的焦点附近。此时，因投影透镜130的像面弯曲，焦点相对于投影透镜的位置随入射光的角度而变化。
当入射光角度为0度时，如图11的(a)所示那样，焦点F1位于比旋转反射器140的叶片142更靠车辆后方侧(图中右侧)。入射光角度变成10度时，如图11的(b)所示那样，焦点F2的位置接近于叶片142。
当入射光角度变成20度时，如图11的(c)所示那样，焦点F3将几乎位于叶片142的反射面上。当入射光角度在这附近时，太阳光的能量会集中于反射面，故作为塑料部件的叶片142有可能发生熔损。当入射光角度变成30度时，如图11的(d)所示那样，焦点F4在投影透镜130与旋转反射器140之间移动，不用担心熔损。
因此，只要将被投影透镜130集光而朝向旋转反射器的叶片的反射面的光中的、朝向图11的(c)所示的焦点F3附近的光遮挡，就能防止叶片的熔损。因此，在本实施方式中，如图7和图9所示那样，在投影透镜130和旋转反射器140之间设置遮光器160。
通过用遮光器160将朝向焦点F3附近的光遮挡，能够防止因入射到投影透镜130的光集光而导致的叶片142的熔损。另外，优选遮光器160是金属制的。由此，能防止因被投影透镜130集光而导致的遮光器160本身熔损的情况。
图11的(b)～(d)中还表示了在开启了光学单元120时，将从LED112射出的光朝投影透镜130反射而形成所希望的配光图案所需的、叶片142的反射面上的区域B。只要将上述的遮光器160设置在不遮挡来自叶片142上的该区域B的反射光的位置，就不会对光学单元120所形成的配光图案产生影响。
在图9中，描绘了遮光器160非常靠近旋转反射器140、且与旋转反射器140的直径大致相同长度的样子，但遮光器160的位置和形状不限于此。例如，遮光器160为图9中C所示的长度时，也能充分防止集光所导致的叶片的熔损。
另外，遮光器160也可以如图8所示那样在旋转反射器140的上侧和下侧各设置一枚。
需要说明的是，参照图11说明的入射光的角度仅是一例，要注意到根据投影透镜的形状、车辆用灯具在车辆上的安装位置等各种各样的因素，叶片可能发生熔损的入射光向投影透镜的角度范围是会变化的。该角度范围只要通过实验或仿真来确定即可。
以上参照实施方式说明了本发明，本发明并不限定于上述的实施方式，将各实施方式的构成适当组合或置换后的方案也包含在本发明中。
在上述的实施方式中，说明了将灯单元适用于车辆用灯具的情况，但并不限定于对该领域的适用。例如，也可以适用于切换各种配光图案进行照明的舞台或娱乐设施中的照明器具。
〔标号说明〕
100车辆用灯具、112LED、130投影透镜、130a出射面、130b入射面、140旋转反射器、142叶片、160遮光器。
〔工业可利用性〕
通过本发明，在具有旋转反射器的光学单元中，能防止入射到投影透镜的光集光而导致的叶片的熔损。

Claims (4)

1.一种光学单元，包括：
光源，
以旋转轴为中心旋转的旋转反射器，其沿旋转轴的周向具有多个叶片，所述叶片具有在旋转预定的角度期间反射从所述光源射出的光而形成所希望的配光图案的反射面，以及
具有被入射来自所述旋转反射器的反射光的入射面的投影透镜；
该光学单元的特征在于，
在所述投影透镜与所述旋转反射器之间，设有将以预定范围的角度入射到所述投影透镜的出射面、并被该投影透镜集光后朝向所述旋转反射器的反射面的光的至少一部分遮挡的遮光器。
2.如权利要求1所述的光学单元，其特征在于，
所述遮光器被设置在不遮挡来自所述反射器的反射光的位置。
3.如权利要求1或2所述的光学单元，其特征在于，
所述遮光器是金属制的。
4.一种车辆用灯具，采用了权利要求1至3的任一项所述的光学单元。
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