CN112432137B - 透镜及灯具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够实现高质量的配光图案的新的光学部件。聚光用透镜(50)具有分割成多个光控制面的射出面(52)。射出面(52)具有：沿着规定方向排列有多个第一光控制面(54a)的第一射出区域(54)、与第一射出区域(54)并排且沿着规定方向排列有多个第二光控制面(56a)的第二射出区域(56)。相邻的第一光控制面(54a)彼此的分界(B1)与相邻的第二光控制面(56a)彼此的分界(B2)在规定方向X上错开。

Description

透镜及灯具
技术领域
本发明涉及透镜。
背景技术
近年来，提案出通过将从光源射出的光向车辆前方反射，且利用该反射光扫描车辆前方的区域，来形成规定的配光图案的装置。例如，已知有如下光学单元，其具有边反射从光源射出的光边以旋转轴为中心向一方向旋转的旋转反射器、和由发光元件构成的光源，旋转反射器设置有反射面，该反射面边旋转边将反射后的光源的光形成期望的配光图案(参照专利文献1)。
该光学单元具备：第一光源、第二光源、边反射从第一光源射出的第一光边以旋转轴为中心进行旋转的旋转反射器、以及将被旋转反射器反射的第一光向光学单元的光照射方向投影的投影透镜。第二光源以射出的第二光不被旋转反射器反射而入射于投影透镜的方式配置，投影透镜将第二光向光学单元的光照射方向投影。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2018－67523号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，上述的光学单元具有的第一光源具备排列成列阵状的多个发光模块，在各发光模块的发光面侧配置有由与各发光面对应的多个透镜部构成的聚光用透镜。另外，上述光学单元形成的聚光配光图案与聚光用透镜的发光面(光射出面)的图案对应，因此，为了扩大照射区域，需要扩大聚光用透镜的发光面本身。另外，由于聚光用透镜的发光面的形状不同，也可能在配光图案的一部分产生不匀。
本发明是鉴于上述状况而研发的，其示例的目的之一在于，提供能够实现高质量的配光图案的新的光学部件。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明的某个实施方式提供一种透镜，其用于灯具，该透镜具有分割成多个光控制面的射出面。射出面具有：第一射出区域，其沿规定方向排列有多个光控制面中多个第一光控制面；第二射出区域，其与第一射出区域并排，且沿规定方向排列有多个光控制面中多个第二光控制面。相邻的第一光控制面彼此的分界与相邻的第二光控制面彼此的分界在规定方向上错开。
根据该方式，相邻的第一光控制面彼此的分界与相邻的第二光控制面彼此的分界不是不间断地直线并排。因此，假设即使由于相邻的光控制面彼此的分界的形状，在发光区域的像中产生暗部(光不匀)，一个暗部也不会从像的一端横穿至另一端。
也可以是，具备：发光元件；透镜，其供从发光元件射出的光入射；旋转反射器，其边反射透过透镜的光边以旋转轴为中心进行旋转。旋转反射器也可以通过反射并扫描第一射出区域及第二射出区域的发光图案，形成配光图案的至少一部分。由此，能够降低产生于配光图案的条纹状的暗部。
也可以是，旋转反射器构成为向与第一光控制面及第二光控制面排列的规定方向交叉的方向扫描发光图案。
也可以是，多个光控制面中至少一个为位于对应的发光元件的发光面的正面的第三光控制面，第三光控制面与第一光控制面及第二光控制面都相邻。由此，即使具有位于发光元件的发光面的正面的第三光控制面以外的、为了扩大照射区域而设置的第一光控制面及第二光控制面，也能够使配光图案中的不匀不显著。
也可以是，第一光控制面及第二光控制面构成为通过从发光面倾斜地射出的光入射于透镜且向正面射出，而扩张该透镜的发光区域。由此，即使在为了扩大照射区域而设置表面凹凸不连续的第一光控制面或第二光控制面的情况下，也能够使配光图案中的不匀不显著。
需要说明的是，将以上的构成要件的任意的组合、本发明的表达在方法、装置、系统等之间转换的情况作为本发明的实施方式也是有效的。
发明效果
根据本发明，能够实现高质量的配光图案。
附图说明
图1是本实施方式的车辆用前照灯的水平截面概要图。
图2是本实施方式的车辆用前照灯的主视图。
图3是本实施方式的电路基板的俯视图。
图4是本实施方式的光学部件的立体图。
图5是本实施方式的光学部件的主视图。
图6是本实施方式的光学部件的背视图。
图7是从B方向观察图5所示的光学部件的侧视图。
图8(a)是从C方向观察图5所示的光学部件的侧视图，图8(b)是从D方向观察图5所示的光学部件的侧视图。
图9是图5所示的光学部件的E－E剖视图。
图10(a)是表示本实施方式的第一光源的发光区域在旋转反射器静止的状态下被反射投影后的照射范围的示意图，图10(b)是由本实施方式的光学单元形成的配光图案的示意图。
图11(a)是聚光用透镜的俯视图，图11(b)是表示聚光用透镜的发光区域在旋转反射器静止的状态下被反射投影后的配光图案的示意图，图11(c)是由具有聚光用透镜的光学单元形成的配光图案的示意图。
图12(a)是实施例的聚光用透镜的俯视图，图12(b)是表示聚光用透镜的发光区域在旋转反射器静止的状态下被反射投影后的配光图案的示意图，图12(c)是由具有聚光用透镜的光学单元形成的配光图案的示意图。
具体实施方式
以下，以实施方式为基础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件、部件、处理标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。另外，实施方式不限定发明，而是示例，实施方式中记载的所有的特征及其组合未必一定是发明本质上的特征及组合。
具有本实施方式的透镜单元的光学单元能够用于各种车辆用灯具。首先，对后述的能够搭载实施方式的光学单元的车辆用前照灯的概略进行说明。
(车辆用前照灯)
图1是本实施方式的车辆用前照灯的水平截面概要图。图2是本实施方式的车辆用前照灯的主视图。需要说明的是，在图2中，省略一部分部件。
本实施方式的车辆用前照灯10为在汽车的前端部的右侧搭载的右侧前照灯，除了为左右对称以外与搭载于左侧的前照灯为相同的结构。因此，以下，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具备具有朝向前方开口的凹部的灯体12。灯体12的前面开口被透明的前面盖14覆盖并形成为灯室16。灯室16作为收纳一个光学单元18的空间发挥作用。光学单元18是以能够照射可变远光的方式构成的灯单元。可变远光是指，被以改变远光用的配光图案的形状的方式控制的光，例如，能够使配光图案的一部分产生非照射区域(遮光部)。在此，配光图案是指，例如灯具在设置于灯具前方25～50m的屏幕(假想屏幕)上形成的照射区域。
光学单元18具备：第一光源20、作为使从第一光源20射出的第一光L1的光路变化并使其朝向旋转反射器22的叶片22a的作为一次光学系统(光学部件)的聚光用透镜24、边反射第一光L1边以旋转轴R为中心旋转的旋转反射器22；作为将被旋转反射器22反射后的第一光L1沿着光学单元的光照射方向(图1右方向)投影的投影透镜的凸透镜26、配置于第一光源20与凸透镜26之间的第二光源28、作为使从第二光源28射出的第二光L2的光路变化并使其朝向凸透镜26的一次光学系统(光学部件)的扩散用透镜30、以及搭载了第一光源20及第二光源28的散热器32。
各光源使用LED、EL、LD等半导体发光元件。本实施方式的第一光源20在电路基板33上呈阵列状配置有多个LED20a。各LED20a构成为能够单独地点亮熄灭。
就本实施方式的第二光源28而言，两个LED28a沿着水平方向呈阵列状并排而配置，各LED28a构成为能够单独地点亮熄灭。另外，第二光源28以第二光L2不被旋转反射器22反射而入射于凸透镜26的方式配置。由此，从第二光源28射出的第二光L2能够不考虑被旋转反射器22反射地选择光学特性。因此，例如，通过使从第二光源28射出的光被扩散用透镜30扩散，之后入射于凸透镜26，来能够照射更大的范围，因此，能够将第二光源28用作照射车辆外侧的区域的光源。
旋转反射器22利用马达34等驱动源以旋转轴R为中心向一方向进行旋转。另外，旋转反射器22的形状相同的两枚叶片22a设置于筒状的旋转部22b的周围。叶片22a作为利用将从第一光源20射出的光边旋转边反射而成的光扫描前方、且形成期望的配光图案的方式构成的反射面发挥作用。
旋转反射器22的旋转轴R相对于光轴Ax倾斜，并设置于包含光轴Ax和第一光源20在内的平面内。换言之，旋转轴R设置成与通过旋转沿左右方向扫描的LED20a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。在此，扫描平面是指，能够被认为例如通过将作为扫描光的LED20a的光的轨迹连续地连接而形成的扇形平面。
凸透镜26的形状只要根据所要求的配光图案及照度分布等配光特性适当选择即可，也可以使用非球面透镜及自由曲面透镜。例如，本实施方式的凸透镜26通过对各光源及旋转反射器22的配置加以设计，而可以形成外周的一部分沿着铅垂方向切掉的切口部26a。因此，能够抑制光学单元18的车宽方向的大小。
另外，通过存在切口部26a，旋转反射器22的叶片22a难以与凸透镜26干涉，能够使凸透镜26与旋转反射器22接近。另外，在从前方观察车辆用前照灯10的情况下，在凸透镜26的外周形成非圆形(直线)的部分，由此，能够实现从车辆的正面观察时具有组合了曲线和直线的外形的透镜的崭新设计的车辆用前照灯。
(第一光源)
接着，对第一光源具备的多个半导体发光元件的布局进行说明。图3是本实施方式的电路基板的俯视图。本实施方式的电路基板33安装有照射包含远光用配光图案的H－H线在内的区域的8个LED20a1(20a)、和照射比H－H线靠上方的区域的两个LED20a2(20a)。需要说明的是，就图3所示的上下前后的方向而言，将车辆用前照灯10的光轴Ax方向设为前方向。
(光学部件)
接着，对光学部件进行说明。图4是光学部件的立体图。图5是光学部件的主视图。图6是光学部件的背视图。图7是从B方向观察图5所示的光学部件的侧视图。图8(a)是从C方向观察图5所示的光学部件的侧视图，图8(b)是从D方向观察图5所示的光学部件的侧视图。需要说明的是，就图5所示的上下前后的方向而言，将车辆用前照灯10的光轴Ax方向设为前方向。
光学部件40具有：对从背侧24a入射的光进行控制并从表侧24b射出的作为光学控制部的聚光用透镜24、和与聚光用透镜24相邻的板状的基部42。聚光用透镜24具有：与从8个LED20a1分别射出的光对应的8个透镜部24c1、与从两个LED20a2分别射出的光对应的两个透镜部24c2。需要说明的是，对光进行控制是指，例如使光朝向某个期望的图案、方向、或区域。
本实施方式的LED20a的发光面与聚光用透镜24的入射面之间的间隔为0.2～1mm左右，优选为0.2～0.5mm左右。另外，基部42的厚度为1mm～5mm左右，优选为2～3mm左右。另外，穹顶状的透镜部24c2的直径为2～4mm左右。
在此，光学部件40中的透镜部24c1、24c2为通过将透过的光折射而进行聚光的形状。透镜部24c1的背侧24a及表侧24b均成为凸状。另外，透镜部24c2具有后述的扩张透镜部24c3。另外，就光学控制部而言，例如从LED20a射出的光透过并射出的表侧24b的表面区域作为模拟上的光源发光面发挥作用。
光学部件40为由透明的材料构成的注塑成形品，例如，能够使用耐热硅胶、丙烯酸、聚碳酸酯、玻璃等。从耐热性的观点来看，优选使用耐热硅胶(耐热温度180℃以上)或玻璃。另外，在光学部件的形状的设计自由度的观点上，更优选为强制脱模较容易的耐热硅胶。由此，即使为某个程度复杂的形状的光学部件，也能够通过简单的模具结构或制造方法制造。
(扩张透镜部)
图9是图5所示的光学部件的E－E剖视图。光学单元18具备：多个LED20a1、20a2排列成阵列状的第一光源20；具有与多个LED20a1、20a2各自对应的多个透镜部24c1、24c2，且将从第一光源20射出的光聚光的光学部件40；将透过了光学部件40的光在光学单元的光照射方向上投影为配光图案的凸透镜26。
光学部件40具备的多个透镜中至少一个具有：位于对应的LED20a2的发光面的正面的聚光用的透镜部24c2、通过从发光面倾斜地射出的光L1’入射且向透镜的正面射出而将透镜的发光区域扩张的扩张透镜部24c3。如图9所示，扩张透镜部24c3进行菲涅耳透镜化。由此，能够减薄扩张透镜部24c3。菲涅耳透镜化后的扩张透镜部24c3从正面观察时，长为3～5mm，宽为3～5mm，从侧面观察时，高度为3～5mm左右。
(配光图案)
图10(a)是表示本实施方式的第一光源的发光区域在旋转反射器静止的状态下被反射投影后的照射范围的示意图，图10(b)是由光学单元形成的配光图案的示意图。
就光学单元18而言，当在旋转反射器22的旋转停止的状态下全部点亮第一光源20的LED20a时，聚光用透镜24的8个透镜部24c1和两个透镜部24c2的表面成为发光区域。而且，发光区域的像被静止的旋转反射器22的表面反射，并经由凸透镜26向前方投影(参照图10(a))。
在光学单元18中，从8个透镜部24c1射出的各个光形成H－H线上的8个矩形的照射区域R1。另外，从透镜部24c2及扩张透镜部24c3射出的各个光在照射区域R1的上方形成两个矩形的照射区域R2。扩张透镜部24c3将透镜部24c2的发光区域在铅垂方向扩大，因此，照射区域R2成为铅垂方向较长的矩形的区域。
另外，假设在聚光用透镜24只有透镜部24c2的情况下，在车辆前方的屏幕上，铅垂方向仅能够照射至+4°左右的范围。另一方面，在聚光用透镜24具有扩张透镜部24c3的情况下，在车辆前方的屏幕上，铅垂方向能够照射至+6°左右的范围。这样，光学单元18利用扩张透镜部24c3使透镜部24c2的发光区域在铅垂方向上扩张，因此，能够扩大照射区域。
而且，当旋转反射器22旋转时，沿左右方向扫描照射区域R1、R2，且分别形成部分配光图案P1、P2。本实施方式中，通过部分配光图案P1、P2重叠，而形成远光用配光图案PH。
这样，本实施方式的旋转反射器22通过反射并扫描聚光用透镜24的发光区域的图案，而形成远光用配光图案PH的一部分或全部。
光学单元18通过反射并扫描聚光用透镜24的发光区域中与扩张透镜部24c3相当的部分(区域R2’)的图案，而形成远光用配光图案PH的上部区域P2’。由此，能够进一步扩大远光用配光图案PH的铅垂方向的照射区域。
需要说明的是，光学部件40构成为聚光用透镜24的发光区域的通过旋转反射器22产生的虚像位于凸透镜26的焦点附近。或者，光学部件40也可以构成为聚光用透镜24的发光区域位于凸透镜26的焦点附近。由此，聚光用透镜24的发光区域作为光源向凸透镜26的前方投影。
(参考例)
图11(a)是聚光用透镜24的俯视图，图11(b)是表示聚光用透镜24的发光区域在旋转反射器静止的状态下被反射投影后的配光图案的示意图，图11(c)是由具有聚光用透镜24的光学单元形成的配光图案的示意图。
如图11(a)所示，聚光用透镜24具有通过从发光面倾斜地射出的光L1’入射且向透镜的正面射出而将透镜的发光区域扩张的扩张透镜部24c3。但是，该扩张透镜部24c3具有为了减薄透镜本身而菲涅耳透镜化后的3个光控制面。因此，扩张透镜部24c3的射出面存在凸凹，在相邻的光控制面彼此之间存在明确的分界。
因此，如图11(b)所示，在聚光用透镜24的发光区域的像的一部分产生从像的一端到另一端连续的暗部(光不匀)。其结果是，如图11(c)所示，由于在扫描图11(b)所示的发光区域的像而成的配光图案中也产生条纹状的暗部，因此，从实现高质量的配光图案的观点来看，需要进一步的改进。
(实施例)
图12(a)是实施例的聚光用透镜50的俯视图，图12(b)是表示聚光用透镜50的发光区域在旋转反射器静止的状态下被反射投影后的配光图案的示意图，图12(c)是由具有聚光用透镜50的光学单元形成的配光图案的示意图。
实施例的聚光用透镜50具有分割成多个光控制面的射出面52。具体而言，射出面52具有：多个第一光控制面54a沿规定方向X排列的第一射出区域54；与第一射出区域54并排，且多个第二光控制面56a沿规定方向X排列的第二射出区域56。相邻的第一光控制面54a彼此的分界B1与相邻的第二光控制面56a彼此的分界B2在规定方向X上错开。
由此，相邻的第一光控制面54a彼此的分界B1与相邻的第二光控制面56a彼此的分界B2不是不间断地直线并排。因此，假设即使由于相邻的光控制面彼此的分界的形状(特别是，不连续的形状)，在图12(b)所示那样的发光区域的像中产生暗部(光不匀)，一个暗部也不会从像的一端连续地横穿至另一端。
另外，本实施例的车辆用前照灯10也可以具备：LED20a、供从LED20a射出的光入射的聚光用透镜50、边对透过聚光用透镜50后的光进行反射边以旋转轴为中心进行旋转的旋转反射器22。旋转反射器22通过反射并扫描第一射出区域54及第二射出区域56的发光图案，而形成配光图案的至少一部分。由此，如图12(c)所示，能够降低在配光图案产生的条纹状的暗部(参照图11(c))。
另外，本实施方式的旋转反射器22也可以构成为向与图12(b)所示的第一光控制面54a及第二光控制面56a排列的规定方向X交叉的方向Y扫描发光图案。
另外，就实施例的聚光用透镜50而言，多个光控制面中至少一个为位于对应的LED20a的发光面的正面的穹顶状的第三光控制面58，第三光控制面58与第一光控制面54a及第二光控制面56a都相邻。由此，即使具有位于LED20a的发光面的正面的第三光控制面58以外的、为了扩大照射区域而设置的第一光控制面54a及第二光控制面56a，也能够使配光图案中的不匀不显著。
本实施例的聚光用透镜50中，第一光控制面54a及第二光控制面56a与上述的扩张透镜部24c3一样，构成为通过从发光面倾斜地射出的光入射于透镜且向正面射出，而将该透镜的发光区域扩张。由此，即使在为了扩大照射区域而设置表面凹凸不连续的第一光控制面54a或第二光控制面56a的情况下，也能够使配光图案中的不匀不显著。
以上，参照上述的实施方式说明了本发明，但本发明不限定于上述的实施方式，使实施方式的结构适当组合的实施方式及置换的实施方式也包含在本发明中。另外，也能够基于本领域技术人员的知识适当重组实施方式的组合及处理的顺序、或对实施方式施加各种设计变更等的变形，施加了这种变形的实施方式也能够包含在本发明的范围中。
在上述的实施方式中，使用具有叶片22a的旋转反射器22，但也可以使用多面反射器代替旋转反射器22。或，也可以使用MEMS反射镜(共振反射镜)代替旋转反射器22。或，也可以使用多个可动式的微小微镜面(微型反射镜)呈矩阵状排列的DMD(DigitalMicromirror Device，数字微镜装置)代替旋转反射器22。
另外，在上述的实施方式中，对具有多个发光元件的光源与具有多个第一透镜的光学部件的组合进行说明，但也可以是发光元件为一个的光源与第一透镜为一个的光学部件的组合。即使根据该方式，利用扩张透镜部24c3第一透镜的发光区域也扩张，因此，能够扩大配光图案的照射区域。
附图标记说明
B1、B2分界，10车辆用前照灯，18光学单元，20第一光源，20a LED，22旋转反射器，24聚光用透镜，25灯具前方，26凸透镜，28第二光源，28a LED，30扩散用透镜，33电路基板，40光学部件，50聚光用透镜，52射出面，54第一射出区域，54a第一光控制面，56第二射出区域，56a第二光控制面，58第三光控制面。

Claims (5)

1.一种透镜，用于灯具，其特征在于，
所述透镜具有分割成多个光控制面的射出面，
所述射出面存在凸凹，在相邻的光控制面彼此之间存在明确的分界，具有：
第一射出区域，其沿规定方向排列有所述多个光控制面中多个第一光控制面；
第二射出区域，其与所述第一射出区域并排，且沿规定方向排列有所述多个光控制面中多个第二光控制面，
相邻的所述第一光控制面彼此的分界与相邻的所述第二光控制面彼此的分界在所述规定方向上错开。
2.一种灯具，其特征在于，具备：
发光元件；
权利要求1所述的透镜，其供从所述发光元件射出的光入射；
旋转反射器，其边将透过所述透镜的光反射、边以旋转轴为中心进行旋转；
所述旋转反射器通过反射并扫描所述第一射出区域及所述第二射出区域的发光图案，形成配光图案的至少一部分。
3.如权利要求2所述的灯具，其特征在于，
所述旋转反射器构成为，向与所述第一光控制面及所述第二光控制面排列的所述规定方向交叉的方向扫描所述发光图案。
4.如权利要求2或3所述的灯具，其特征在于，
所述透镜包括的所述多个光控制面中至少一个为位于该透镜所对应的所述发光元件的发光面的正面的第三光控制面，
所述第三光控制面与所述第一光控制面及所述第二光控制面都相邻。
5.如权利要求4所述的灯具，其特征在于，
所述第一光控制面及所述第二光控制面构成为通过从所述发光面倾斜地射出的光入射于所述透镜且向正面射出，而扩张该透镜的发光区域。
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