CN107965732A - 光学单元 - Google Patents

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Abstract

提供在光学单元所形成的配光图案中能够形成沿与扫描方向相交叉的方向分割出的照射区域和非照射区域的技术。光学单元(40)具有旋转反射镜(42)，该旋转反射镜(42)一边对从光源射出的光进行反射，一边以旋转轴(R)为中心向一个方向旋转。旋转反射镜(42)设置有多个反射面(42a、42b)，以使得一边旋转一边被反射的光源的光形成期望的配光图案，反射面具有：第1反射面(42a)，其形成配光图案的第1部分区域(R1)；以及第2反射面(42b)，其形成与第1部分区域(R1)不同的、配光图案的第2部分区域(R2)。

Description

光学单元
技术领域
本发明涉及光学单元，特别地涉及在车辆用灯具中使用的光学单元。
背景技术
近年，设计有一种光学单元，其具有旋转反射镜，该旋转反射镜一边对从光源射出的光进行反射一边以旋转轴为中心向一个方向旋转(参照专利文献1)。该光学单元一边利用光源像对单元前方进行扫描，一边通过对光源的点灯/熄灯的定时进行控制，从而能够形成一部分被遮光的配光图案。
专利文献1：国际公开第11/129105号小册子
但是，在上述的光学单元中，利用由多个反射片各自反射的反射光能够扫描的扫描区域都相同。因此，能够在扫描区域中形成沿扫描方向分割出的照射区域和非照射区域，但无法形成沿与扫描方向相交叉的方向分割出的照射区域和非照射区域。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，提供能够在光学单元所形成的配光图案中形成沿与扫描方向相交叉的方向分割出的照射区域和非照射区域的技术。
为了解决上述课题，本发明的一个方式的光学单元具有旋转反射镜，该旋转反射镜一边对从光源射出的光进行反射，一边以旋转轴为中心向一个方向旋转。旋转反射镜设置有多个反射面，以使得一边旋转一边反射的光源的光形成期望的配光图案，反射面具有：第1反射面，其形成配光图案的第1部分区域；以及第2反射面，其形成与第1部分区域不同的、配光图案的第2部分区域。
根据该方式，配光图案具有利用由第1反射面反射的光源的光形成的第1部分区域、以及利用由第2反射面反射的光源的光形成的第2部分区域。因此，例如，通过使第1部分区域的扫描方向上的非照射区域(照射区域)和第2部分区域的扫描方向上的非照射区域(照射区域)错开，从而能够形成沿与扫描方向相交叉的方向分割出的照射区域和非照射区域。
也可以是，对于旋转反射镜，第1反射面的数量和第2反射面的数量相同。由此，容易使旋转反射镜的重心接近于旋转轴上，能够抑制旋转反射镜旋转时的偏心。
也可以是，旋转反射镜设置有大于或等于4片反射面。由此，能够设置多个第1反射面和多个第2反射面。其结果，在旋转反射镜旋转一周的期间，多次扫描第1部分区域，另外，多次扫描第2部分区域，因此能够提高扫描频率。
也可以是，旋转反射镜在周方向交替地设置第1反射面和第2反射面。由此，能够进一步抑制旋转反射镜旋转时的偏心。
也可以是，旋转反射镜在旋转轴的周围设置有作为反射面起作用的反射片，反射片具有下述形状，即，随着朝向以旋转轴为中心的周方向，光轴和反射面所成的角变化的形状。
此外，以上的结构要素的任意的组合、将本发明的表现方式在方法、装置、系统等之间进行变换而得到的方式，作为本发明的方式也是有效的。另外，对上述各要素适当进行组合后得到的技术方案，也可能包含在通过本专利申请要求专利保护的发明范围中。
发明的效果
根据本发明，能够在光学单元所形成的配光图案中形成沿与扫描方向相交叉的方向分割出的照射区域和非照射区域。
附图说明
图1是参考例所涉及的车辆用前照灯的水平剖面图。
图2是示意地表示包含参考例所涉及的光学单元的灯具单元的结构的俯视图。
图3是从图1所示的A方向观察灯具单元的情况下的侧视图。
图4(a)～图4(e)是表示在参考例所涉及的灯具单元中与旋转反射镜的旋转角相对应的反射片的样子的斜视图，图4(f)～图4(j)是用于说明与图4(a)～图4(e)的状态对应地对来自光源的光进行反射的方向变化这一点的图。
图5(a)～图5(e)是表示旋转反射镜在与图4(f)～图4(j)的状态对应的扫描位置处的投影图像的图。
图6(a)是表示使用参考例所涉及的车辆用前照灯相对于光轴在左右±5度的范围进行了扫描的情况下的配光图案的图，图6(b)是表示图6(a)所示的配光图案的光度分布的图，图6(c)是表示使用参考例所涉及的车辆用前照灯对配光图案中的一个部位进行了遮光的状态的图，图6(d)是表示图6(c)所示的配光图案的光度分布的图，图6(e)是表示使用参考例所涉及的车辆用前照灯对配光图案中的多个部位进行了遮光的状态的图，图6(f)是表示图6(e)所示的配光图案的光度分布的图。
图7(a)、图7(b)是用于说明利用第1实施方式所涉及的光学单元形成配光图案的示意图。
图8是表示利用第1实施方式所涉及的光学单元实现的、对规定区域进行了遮光的远光用配光图案的示意图。
图9(a)、图9(b)是用于说明利用第2实施方式所涉及的光学单元形成配光图案的示意图。
标号的说明
R1第1部分区域，R2第2部分区域，10车辆用前照灯，22反射镜，28LED，40光学单元，42旋转反射镜，42a第1反射面，42b第2反射面，44光源像，46a、46b遮光部，46c照射区域，48a遮光部，48c照射区域，50光学单元，52旋转反射镜，52a第1反射面，52b第2反射面，52c第1反射面，52d第2反射面。
具体实施方式
下面，基于参考例、实施方式，参照附图对本发明进行说明。对于各附图所示的同一或者等同的结构要素、部件、处理，标注同一标号，适当省略重复的说明。另外，实施方式并不是限定发明，而是例示，实施方式中所记述的所有特征及其组合，并不限于一定是本发明的本质内容。
本发明的光学单元能够在各种车辆用灯具中使用。下面，说明对车辆用灯具中的车辆用前照灯应用本发明的光学单元的情况。
(参考例)
首先，基于参考例，对本实施方式所涉及的光学单元的基本结构、基本动作进行说明。图1是参考例所涉及的车辆用前照灯的水平剖面图。车辆用前照灯10是在汽车的前端部的右侧搭载的右侧前照灯，与在左侧搭载的前照灯左右对称，除此以外为相同构造。因此，下面，对右侧的车辆用前照灯10进行详细叙述，对左侧的车辆用前照灯省略说明。
如图1所示，车辆用前照灯10具有灯体12，该灯体12具有朝向前方开口的凹部。灯体12的前表面开口被透明的前表面罩14覆盖而形成灯室16。灯室16作为将2个灯具单元18、20以沿车宽方向排列、配置的状态进行收容的空间起作用。
这些灯具单元中的处于外侧、即在右侧的车辆用前照灯10中配置于图1所示的上侧的灯具单元20是具有透镜的灯具单元，构成为照射可变远光。另一方面，这些灯具单元中的处于内侧、即在右侧的车辆用前照灯10中配置于图1所示的下侧的灯具单元18构成为照射近光。
近光用的灯具单元18具有反射镜22、支撑于反射镜22的光源灯泡(白炽灯泡)24、以及未图示的遮光罩，反射镜22由未图示的已知单元、例如使用校准螺钉和螺母的单元以相对于灯体12可自由掀动地进行支撑。
灯具单元20如图1所示，具有：旋转反射镜26；LED 28；以及作为投影透镜的凸透镜30，其配置在旋转反射镜26的前方。此外，也可以取代LED 28而使用EL元件、LD元件等半导体发光元件作为光源。特别地，在用于对后面叙述的配光图案的一部分进行遮光的控制中，优选能够短时间且高精度地进行点灯/熄灯的光源。凸透镜30的形状只要与要求的配光图案、照度分布等配光特性相对应地适当选择即可，使用非球面透镜、自由曲面透镜。在参考例中，作为凸透镜30而使用非球面透镜。
旋转反射镜26通过未图示的电动机等驱动源而以旋转轴R为中心向一个方向旋转。另外，旋转反射镜26具有反射面，该反射面构成为，一边旋转一边对从LED 28射出的光进行反射，形成期望的配光图案。
图2是示意地表示包含参考例所涉及的光学单元的灯具单元20的结构的俯视图。图3是从图1所示的A方向观察灯具单元20的情况下的侧视图。
旋转反射镜26在筒状的旋转部26b的周围设置有作为反射面起作用的、形状相同的3片反射片26a。旋转反射镜26的旋转轴R相对于光轴Ax倾斜，设置在包含光轴Ax和LED 28的平面内。换言之，旋转轴R设置为，与通过旋转而在左右方向扫描的LED 28的光(照射光束)的扫描平面大致平行。由此，实现光学单元的薄型化。在这里，所谓扫描平面，例如能够设为，通过将扫描光即LED 28的光的轨迹连续地相连而形成的扇形的平面。另外，在参考例所涉及的灯具单元20中，所具有的LED 28比较小，配置有LED 28的位置也是旋转反射镜26和凸透镜30之间，从光轴Ax偏移。因此，与如现有的投射方式的灯具单元那样，光源、反射镜和透镜在光轴上排列为一列的情况相比较，能够缩短车辆用前照灯10的进深方向(车辆前后方向)。
另外，旋转反射镜26的反射片26a的形状构成为，通过反射实现的LED 28的2次光源形成在凸透镜30的焦点附近。另外，反射片26a具有下述进行了扭转形状，以使得随着朝向以旋转轴R为中心的周方向，光轴Ax和反射面所成的角变化。由此，如图2所示，能够实现使用LED 28的光进行的扫描。对于这一点，进一步详细叙述。
图4(a)～图4(e)是表示在参考例所涉及的灯具单元中与旋转反射镜26的旋转角相对应的反射片的样子的斜视图，图4(f)～图4(j)是用于说明与图4(a)～图4(e)的状态对应地对来自光源的光进行反射的方向变化这一点的图。
图4(a)示出LED 28配置为对2个反射片26a1、26a2的边界区域进行照射的状态。在该状态下，如图4(f)所示，LED 28的光在反射片26a1的反射面S向相对于光轴Ax倾斜的方向反射。其结果，对形成配光图案的车辆前方的区域中的左右两端部的一个端部区域进行照射。然后，如果旋转反射镜26旋转，成为图4(b)所示的状态，则由于反射片26a1进行了扭转，对LED 28的光进行反射的反射片26a1的反射面S(反射角)变化。其结果，如图4(g)所示，LED28的光向与图4(f)所示的反射方向相比更接近光轴Ax的方向反射。
接下来，如果旋转反射镜26如图4(c)、图4(d)、图4(e)所示旋转，则LED 28的光的反射方向朝向形成配光图案的车辆前方的区域中的左右两端部的另一个端部变化。参考例所涉及的旋转反射镜26构成为，通过旋转120度，从而能够利用LED 28的光沿一个方向(水平方向)对前方扫描1次。换言之，1片反射片26a从LED 28之前经过，由此车辆前方的期望的区域由LED 28的光扫描1次。此外，如图4(f)～图4(j)所示，2次光源(光源虚像)32在凸透镜30的焦点附近向左右移动。反射片26a的数量、形状、旋转反射镜26的旋转速度是考虑所需的配光图案的特性、扫描的像的闪烁，基于实验或模拟的结果而适当设定的。另外，作为与各种配光控制相对应地改变旋转速度的驱动部，优选电动机。由此，能够简便地改变扫描的定时。作为这样的电动机，优选从电动机自身得到旋转定时信息的电动机。具体地说，可以举出DC无刷电动机。在使用DC无刷电动机的情况下，由于从电动机自身得到旋转定时信息，所以能够省略编码器等仪器。
如上述所示，对于参考例所涉及的旋转反射镜26，通过对反射片26a的形状、旋转速度进行改良，从而能够使用LED 28的光沿左右方向对车辆前方进行扫描。图5(a)～图5(e)是表示旋转反射镜在与图4(f)～图4(j)的状态对应的扫描位置处的投影图像的图。图中的纵轴以及横轴的单位为度(°)，示出照射范围以及照射位置。如图5(a)～图5(e)所示，通过旋转反射镜26的旋转而使投影图像沿水平方向移动。
图6(a)是表示使用参考例所涉及的车辆用前照灯对相对于光轴向左右±5度的范围进行了扫描的情况下的配光图案的图，图6(b)是表示图6(a)所示的配光图案的光度分布的图，图6(c)是表示使用参考例所涉及的车辆用前照灯对配光图案中的一个部位进行了遮光的状态的图，图6(d)是表示图6(c)所示的配光图案的光度分布的图，图6(e)是表示使用参考例所涉及的车辆用前照灯对配光图案中的多个部位进行了遮光的状态的图，图6(f)是表示图6(e)所示的配光图案的光度分布的图。
如图6(a)所示，参考例所涉及的车辆用前照灯10利用旋转反射镜26对LED 28的光进行反射，利用反射后的光对前方进行扫描，从而能够实质上形成沿水平方向横长形状的远光用配光图案。如上述所示，能够通过旋转反射镜26的一个方向的旋转而形成期望的配光图案，因此，不需要通过如共振镜那样的特殊机构实现的驱动，另外，如共振镜那样针对反射面的大小的制约少。因此，通过选择具有更大的反射面的旋转反射镜26，从而能够将从光源射出的光更高效率地利用于照明。即，能够提高配光图案中的最大光度。此外，参考例所涉及的旋转反射镜26是与凸透镜30的直径大致相同的直径，反射片26a的面积也能够与之相对应地增大。
另外，具有参考例所涉及的光学单元的车辆用前照灯10，通过使LED 28的点灯/熄灯的定时、发光度的变化与旋转反射镜26的旋转同步，从而能够如图6(c)、图6(e)所示形成对任意的区域进行了遮光的远光用配光图案。另外，在与旋转反射镜26的旋转同步地使LED28的发光光度变化(点灯/熄灯)而形成远光用配光图案的情况下，也能够进行下述控制，即，通过使光度变化的相位错开，从而使配光图案自身转体。
如上述所示，参考例所涉及的车辆用前照灯通过使LED的光进行扫描而形成配光图案，并且通过对发光光度的变化进行控制，从而能够在配光图案的一部分任意地形成遮光部。因此，与将多个LED的一部分熄灯而形成遮光部的情况相比较，能够利用较少数量的LED高精度地对期望的区域进行遮光。另外，车辆用前照灯10由于能够形成多个遮光部，所以即使在前方存在多个车辆的情况下，也能够对与各个车辆对应的区域进行遮光。
另外，车辆用前照灯10能够不使成为基础的配光图案移动而进行遮光控制，因此，能够减少在遮光控制时对驾驶员造成的不舒适感。另外，由于能够不使灯具单元20移动而使配光图案转体，所以能够将灯具单元20的机构简化。因此，对于车辆用前照灯10，作为用于配光可变控制的驱动部，只要具有旋转反射镜26的旋转所需的电动机即可，实现了结构简化、低成本化、小型化。
(第1实施方式)
上述的参考例所涉及的灯单元20所具有的旋转反射镜26在旋转部26b的外周设置有3片同一形状的反射片26a。因此，旋转反射镜26构成为，通过旋转120度而能够利用LED28的光向一个方向(水平方向)对前方扫描1次。换言之，如果旋转反射镜26旋转一周，则利用LED 28的光对前方的相同区域扫描3次。因此，通过对LED 28的点灯/熄灯进行控制，从而能够形成如图6(c)、图6(e)所示那样的、照射区域和非照射区域沿扫描方向交替地排列的远光用配光图案，但无法形成照射区域和非照射区域在与扫描方向相交叉的方向(正交的方向)排列的配光图案。
因此，第1实施方式所涉及的光学单元通过对旋转反射镜所具有的多个反射面的形状、配置进行改良，从而使得利用由各反射面反射的光源的光进行扫描的前方的区域不相同。
图7(a)、图7(b)是用于说明利用第1实施方式所涉及的光学单元形成配光图案的示意图。
第1实施方式所涉及的光学单元40具有旋转反射镜42，该旋转反射镜42一边对从光源即LED 28射出的光进行反射，一边以旋转轴为中心向一个方向旋转。旋转反射镜42设置有多个反射面42a、42b，以使得一边旋转一边由被反射的LED 28的光形成期望的配光图案PH。反射面具有：第1反射面42a，其形成位于配光图案PH的上部的第1部分区域R1；以及第2反射面42b，其形成与第1部分区域R1不同的、位于配光图案PH的下部的第2部分区域R2。
第1反射面42a对从LED 28射出的光进行反射，作为光源像44而从左向右扫描图7(a)所示的第1部分区域R1。如图7(b)所示，如果旋转反射镜42进一步旋转，则第2反射面42b对从LED 28射出的光进行反射，作为光源像44而从左向右扫描图7(b)所示的第1部分区域R1。
如上述所示，配光图案PH是将第1部分区域R1和第2部分区域R2合成而得到的，该第1部分区域R1是通过由第1反射面42a反射的LED 28的光进行扫描而形成的，该第2部分区域R2是利用由第2反射面42b反射的LED 28的光而形成的。此外，在图7(a)、图7(b)所示的配光图案PH中，记载为第1部分区域R1和第2部分区域R2相邻，但也可以是第1部分区域R1和第2部分区域R2局部重复。
另外，第1反射面42a和第2反射面42b彼此的形状不同。更具体地说，第1反射面42a以及第2反射面42b都具有进行了扭转的形状，以使得随着朝向以旋转轴R为中心的周方向，旋转轴R和反射面所成的角变化。而且，对于第1反射面42a以及第2反射面42b，旋转轴R和反射面所成的角的大小、所成的角的变化的比例彼此不同。
图8是表示利用第1实施方式所涉及的光学单元实现的、对规定区域进行了遮光的远光用配光图案的示意图。对于图8所示的远光用配光图案PH1，在利用由旋转反射镜42的第1反射面42a反射的光对第1部分区域R1进行扫描时，通过对LED 28的点灯/熄灯进行控制，从而形成遮光部46a、46b，在利用由第2反射面42b反射的光对第2部分区域R2进行扫描时，通过对LED 28的点灯/熄灯进行控制，从而形成遮光部48a、48b。
如上述所示，通过使第1部分区域R1的扫描方向X上的遮光部46a、46b(非照射区域)和第2部分区域R2的扫描方向X上的遮光部48a、48b(非照射区域)错开，从而能够形成在与扫描方向相交叉的方向Y分割出的照射区域46c(或者照射区域48c)和遮光部48a(或者遮光部46b)。
另外，对于旋转反射镜42，第1反射面42a的数量和第2反射面42b的数量相同。由此，容易使旋转反射镜42的重心接近于旋转轴R上，能够抑制旋转反射镜42旋转时的偏心。
(第2实施方式)
图9(a)、图9(b)是用于说明通过第2实施方式所涉及的光学单元形成配光图案的示意图。
第2实施方式所涉及的光学单元50与第1实施方式所涉及的光学单元40相比较，主要的不同点在于，旋转反射镜52所具有的反射面为4个。旋转反射镜52设置有多个反射面52a～52d，以使得一边旋转一边被反射的LED 28的光形成期望的配光图案PH。反射面具有：第1反射面52a、52c，其形成位于配光图案PH的上部的第1部分区域R1；以及第2反射面52b、52d，其形成与第1部分区域R1不同的、位于配光图案PH的下部的第2部分区域R2。
第1反射面52a对从LED 28射出的光进行反射，作为光源像44而从左向右扫描图9(a)所示的第1部分区域R1。如果旋转反射镜52进一步旋转，则如图9(b)所示，第2反射面52b对从LED 28射出的光进行反射，作为光源像44而从左向右扫描图9(b)所示的第2部分区域R2。如果旋转反射镜52进一步旋转，则如图9(a)所示，第1反射面52c对从LED 28射出的光进行反射，作为光源像44而从左向右再次扫描图9(a)所示的第1部分区域R1。如果旋转反射镜52进一步旋转，则如图9(b)所示，第2反射面52d对从LED 28射出的光进行反射，作为光源像44而从左向右再次扫描图9(b)所示的第2部分区域R2。
如上述所示，配光图案PH是将第1部分区域R1和第2部分区域R2合成而得到的，该第1部分区域R1是通过由第1反射面52a、52c反射的LED 28的光进行扫描而形成的，该第2部分区域R2是利用由第2反射面52b、52d反射的LED 28的光而形成的。
本实施方式所涉及的旋转反射镜52设置有大于或等于4片反射面，因此，能够设置多个第1反射面52a、52c和多个第2反射面52b、52d。其结果，在旋转反射镜52旋转一周的期间，多次扫描第1部分区域，另外，多次扫描第2部分区域R2，因此，能够提高扫描频率。
另外，旋转反射镜52在周方向交替地设置有第1反射面52a、52c和第2反射面52b、52d。由此，能够进一步抑制旋转反射镜52旋转时的偏心。
以上，参照上述的各实施方式，对本发明进行了说明，但本发明不限定于上述的各实施方式，对各实施方式的结构进行适当组合而得到的技术方案或进行置换而得到的技术方案也包含在本发明中。另外，也可以基于本领域技术人员的知识将各实施方式中的组合、处理的顺序进行适当重组、或者对各实施方式施加各种设计变更等变形，施加了这种变形的实施方式也可能包含在本发明的范围内。
在上述的实施方式所涉及的光学单元中，通过对2个部分区域进行合成而形成配光图案，但也可以通过将大于或等于3个部分区域进行合成而形成配光图案。由此，遮光部的位置、大小、数量的自由度增加，因此，能够减少对前行车、行人造成的眩光，同时，能够实现得到良好的前方观察性的车辆用灯具。另外，各部分区域的大小可以相同，也可以不同。另外，也可以是部分区域的一部分与其他部分区域重复，也可以是分离。

Claims (5)

1.一种光学单元，其特征在于，
具有旋转反射镜，该旋转反射镜一边对从光源射出的光进行反射，一边以旋转轴为中心向一个方向旋转，
所述旋转反射镜设置有多个反射面，以使得一边旋转一边反射的光源的光形成期望的配光图案，
所述反射面具有：
第1反射面，其形成所述配光图案的第1部分区域；以及
第2反射面，其形成与所述第1部分区域不同的、所述配光图案的第2部分区域。
2.根据权利要求1所述的光学单元，其特征在于，
对于所述旋转反射镜，所述第1反射面的数量和所述第2反射面的数量相同。
3.根据权利要求1或2所述的光学单元，其特征在于，
所述旋转反射镜设置有大于或等于4片所述反射面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学单元，其特征在于，所述旋转反射镜在周方向交替地设置有所述第1反射面和所述第2反射面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学单元，其特征在于，所述旋转反射镜在旋转轴的周围设置有作为所述反射面起作用的反射片，
所述反射片具有下述形状，即，随着朝向以旋转轴为中心的周方向，光轴和反射面所成的角变化的形状。
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