CN113227644B - 光学单元及反射面确定方法 - Google Patents

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Abstract

光学单元包括：光源；旋转反射器(22)，其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；以及投影透镜，其将被旋转反射器反射的光向光照射方向投影。投影透镜具有确定第1焦点面(FP1)的第1透镜区域(LR1)和确定与第1焦点面不同的第2焦点面(FP2)的第2透镜区域(LR2)。光源被设为旋转反射器(22)处于第1旋转位置的情况下的虚像位置(VP1)为第1焦点面(FP1)附近，并且旋转反射器(22)处于第2旋转位置的情况下的虚像位置(VP2)为第2焦点面(FP2)附近。

Description

光学单元及反射面确定方法
技术领域
本发明涉及能够用于车辆用灯具等灯具的光学单元。另外，本发明涉及确定旋转反射器等的反射面的方法。
背景技术
(1)、(2)近年来，提出了将从光源射出的光向车辆前方反射并由该反射光扫描车辆前方的区域，由此形成规定的配光图案的装置。例如，包括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、以及由发光元件构成的光源，旋转反射器设有反射面，该反射面使一边旋转一边反射的光源的光形成期望的配光图案。另外，由反射面反射的光源的光作为光源像经由投影透镜被投影到前方(参照专利文献1、3)。
(3)这样，在车辆用灯具中使用各种透镜、反射器等光学构件。并且，光学构件的反射面、折射面的形状被设计为满足使用它的灯具的光学性能。
例如，作为前照灯用的反射镜，提出了以下设计方法：将反射面分割为上下左右，将左右的反射面分别设为垂直和水平截面由二次曲线构成且具有焦点的曲面，将配置光源的光源配置点设为比焦点靠前方且向反射面侧偏位的点，使左右的反射面的光源配置点一致，并且使左侧反射面的光轴向左、另外使右侧反射面的光轴向右倾斜。
[在先技术文献]
[专利文献]
专利文献1：国际公开第11/129105号
专利文献2：日本特开平2-129803号公报
专利文献3：国际公开第15/122304号
发明内容
[发明要解决的课题]
但是，(1)上述旋转反射器的叶片是以随着朝向以旋转轴为中心的周向而光轴与反射面所成的角变化的方式扭转的形状。因此，根据光源的光被叶片反射的方向，光源像有可能未被清晰地投影。
(2)根据旋转反射器、光源、投影透镜的位置关系，上述装置的配光图案的形状有可能不成为矩形。
(3)由于所述旋转反射器的反射面不平坦，另外，反射光源的光的反射面的角度周期性地变化，因此需要确定反射面的新方法。
(4)在上述装置中，如果白天的阳光从投影透镜入射到装置内，则根据情况可能会聚光于装置内的部件，导致部件熔损。因此，在上述装置中，在投影透镜与旋转反射器之间设有遮光罩，以使得阳光不聚光于旋转反射器的叶片表面。
但是，由于所述遮光罩是固定式遮光罩，因此为使从光源射出的光向投影透镜反射而形成期望的配光图案，需要露出叶片的反射面上的区域，遮光罩的一部分开口。因此，如果从光源射出的光不是被叶片、而例如被相当于旋转轴的部分反射，则该反射光有可能成为眩光。
本发明鉴于以上状况而完成，(1)其例示性的目的之一在于在包括旋转反射器的光学单元中，提供一种实现清晰的配光图案的技术。
(2)另外，例示性的目的之一在于提供一种接近期望形状的配光图案的新技术。
(3)另外，例示性的目的之一在于提供一种确定旋转反射器的反射面的形状的新技术。
(4)另外，例示性的目的之一在于，提供一种在包括旋转反射器的光学单元中，降低从光源射出的光在旋转反射器的规定的反射区域之外被反射而产生的眩光的技术。
[用于解决技术课题的技术方案]
(1)为了解决上述课题，本发明的一个方案的光学单元包括：光源；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；以及将被旋转反射器反射的光向光照射方向投影的投影透镜。投影透镜具有确定第1焦点面的第1透镜区域、确定与第1焦点面不同的第2焦点面的第2透镜区域。光源被设为旋转反射器处于第1旋转位置的情况下的虚像位置为第1焦点面附近，并且旋转反射器处于第2旋转位置的情况下的虚像位置为第2焦点面附近。
根据本方案，无论旋转反射器处于第1旋转位置还是处于第2旋转位置，从光源射出的光都容易聚光，因此通过使被投影到光照射方向的光扫描而形成的图案中的清晰的范围扩大。
第1透镜区域也可以包含投影透镜的中心。第2透镜区域也可以位于第1透镜区域的外侧。由此，在图案中，包含通过投影透镜的中心的光所投影的区域及其外侧的区域的范围变得清晰。
也可以是，旋转反射器设有反射面，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，投影透镜被构成为使通过第1透镜区域的光照射配光图案的中央部，使透过第2透镜区域的光照射配光图案的端部。由此，能够实现中央部与端部均清晰的配光图案。
也可以是，旋转反射器在旋转轴的周围设有作为反射面发挥功能的叶片，叶片具有以随着朝向以旋转轴为中心的周向而光轴与反射面所成的角变化的方式扭转的形状。
投影透镜也可以具有以使被旋转反射器反射的光线在内部不交叉的方式确定的入射面及射出面。由此，投影透镜的透镜面的设计变得容易。
(2)本发明的一个方案的光学单元是包括光源，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旋转反射器，以及将被旋转反射器反射的光向光照射方向投影的投影透镜的光学单元，旋转反射器在旋转轴的周围设有反射面，该反射面被构成为通过一边旋转一边反射的光源的光被投影透镜投影而形成期望的配光图案，反射面具有以随着朝向以旋转轴为中心的周向而光轴与反射面所成的角变化的方式扭转的叶片形状，旋转轴被以相对于光学单元的前后方向倾斜的方式配置，并且以配光图案中的扫描方向接近水平的方式相对于包含投影透镜的焦点的平面偏离。
根据本方案，能够形成扫描方向接近水平的配光图案。
旋转轴也可以相对于包含投影透镜的焦点的平面向上下方向偏离。由此，通过布局的变更而能够使配光图案接近期望的形状。
旋转轴也可以与通过连续地连接通过旋转进行扫描的照射光束的轨迹而形成的扫描平面大致平行地设置。
光源也可以在光学单元的前后方向上配置于旋转反射器所存在的区域的前端与后端之间，并且在与光学单元的前后方向垂直的方向上配置于投影透镜及旋转反射器所存在的区域的两端之间。
光源也可以在与光学单元的前后方向垂直的方向上配置于所述旋转反射器所存在的区域之间。
(3)本发明的一个方案的反射面确定方法是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的反射面确定方法，包括：设定能够在前方实现期望的配光图案的投影透镜的光学面的工序；设定虚拟光源的区域的工序，该虚拟光源被视为射出作为配光图案而被投影的光；设定旋转反射器的旋转轴相对于通过投影透镜的焦点的直线的角度的工序；设定光源的位置的工序；以使光源的虚像位置成为虚拟光源的区域的方式设定旋转反射器的反射角度的范围的工序；以及在反射角度的范围内设定多个分割截面，通过连接以旋转轴为中心使该多个分割截面分别旋转规定角度的分割截面来设定旋转反射器的反射面的工序。
根据本方案，能够确定能够在前方形成规定的配光图案的旋转反射器的反射面的形状。
也可以将多个分割截面设定为反射角度为等间隔。由此，设计变得容易。
也可以将反射角度的范围设定在相对于与旋转轴垂直的面±5°～±10°的范围内。由此，能够形成照射车辆前方的期望的范围的配光图案。
也可以以使一边旋转一边反射的光源的光形成期望的配光图案的方式设定反射面。
也可以是，旋转反射器在旋转轴的周围设有作为反射面发挥功能的叶片，叶片具有以随着朝向以旋转轴为中心的周向而光轴与反射面所成的角变化的方式扭转的形状。
(4)本发明的一个方案的光学单元包括：旋转反射器，其具有旋转部和设于旋转部的周围，通过一边旋转一边反射从光源射出的光而形成配光图案的反射面；以及遮光罩，其具有对从光源射出的光中的朝向旋转部的光、或从光源射出的光中的被旋转部反射的光进行遮挡的中央遮光部。
根据本方案，能够对从光源射出的光中的朝向旋转部的光、或从光源射出的光中的被旋转部反射的光进行遮挡，能够减少眩光的产生。
遮光罩也可以具有供从光源射出的光向反射面通过，并且供被反射面反射的光通过的开口部。由此，能够抑制因具有遮光罩而造成的配光图案的缺损或亮度降低。
也可以还包括将被旋转反射器反射的反射光向车辆前方投影的投影透镜。遮光罩也可以还具有反射面遮光部，该反射面遮光部对从车辆前方入射到投影透镜的外部光中的朝向旋转反射器的反射面的光的至少一部分进行遮挡。由此，能够对从投影透镜入射并朝向旋转反射器的外部光进行遮光。
也可以是，遮光罩是中央遮光部及反射面遮光部相连的板状的构件，中央遮光部配置于旋转部的上方，并且比反射面遮光部向旋转部凹陷。由此，能够减少被旋转反射器的反射面反射的光被中央遮光部遮光。
旋转部也可以与反射面是相同材质，或与反射面进行相同的表面处理。由此，在旋转部与反射面中不需要改变材质或改变表面处理，能够降低旋转反射器的制造成本。
此外，以上构成要素的任意组合、以及将本发明的表现在方法、装置、系统等之间进行转换的方案作为本发明的方案也是有效的。
[发明效果]
(1)根据本发明，能够实现清晰的配光图案。或者，(2)根据本发明，能够接近期望的形状的配光图案。或者，(3)根据本发明，能够确定旋转反射器的反射面的形状。或者，(4)根据本发明，通过从光源射出的光在旋转反射器的规定的反射区域之外被反射从而能够减少产生的眩光。
附图说明
图1是本实施方式的车辆用前照灯的水平剖视概要图。
图2是本实施方式的车辆用前照灯的主视图。
图3是表示本实施方式的光学单元的主要部分的立体图。
图4是本实施方式的旋转反射器的立体图。
图5是本实施方式的旋转反射器的侧视图。
图6是用于说明反射面的形状的右侧前照灯用的旋转反射器的主视图。
图7的(a)是用于说明本实施方式的光学单元的旋转反射器处于第1旋转位置的情况下的光源、光源的虚像、透镜的焦点的位置关系的示意图，图7的(b)是用于说明本实施方式的光学单元的旋转反射器处于第2旋转位置的情况下的光源、光源的虚像、透镜的焦点的位置关系的示意图，图7的(c)是用于说明本实施方式的光学单元的旋转反射器处于第3旋转位置的情况下的光源、光源的虚像、透镜的焦点的位置关系的示意图。
图8的(a)～图8的(c)是用于说明图7的(a)～图7的(c)所示的光学单元所形成的配光图案的示意图。
图9的(a)是表示参考例的光学单元的概略构成的侧视图，图9的(b)是用于说明参考例的光学单元所形成的配光图案的图。
图10(a)～图10的(c)是用于说明光源像照射到参考例的旋转反射器的反射面上的范围的轨迹的图。
图11的(a)是表示本实施方式的光学单元的概略构成的侧视图，图11的(b)是用于说明本实施方式的光学单元所形成的配光图案的示意图。
图12(a)～图12的(c)是用于说明光源像照射到本实施方式的旋转反射器的反射面上的范围的轨迹的图。
图13是用于说明确定本实施方式的光学单元中的反射面的方法的示意图。
图14是表示本实施方式的反射面确定方法的流程的图。
图15的(a)～图15的(f)是用于进一步说明步骤S20的工序的示意图。
图16是用于说明设定旋转反射器的反射面的工序的示意图。
图17是本实施方式的旋转反射器的立体图。
图18是本实施方式的旋转反射器的主视图。
图19的(a)是本实施方式的遮光罩的主视图，图19的(b)是图19的(a)所示的遮光罩的A-A剖视图。
图20是表示以本实施方式的遮光罩覆盖旋转反射器的状态的立体图。
图21是用于说明本实施方式的光学单元中的遮光罩的功能的示意图。
图22是用于说明本实施方式的光学单元中的遮光罩的中央遮光部的功能的示意图。
具体实施方式
以下，基于实施方式并参照附图对本发明进行说明。对各附图所示的相同或同等的构成要素、构件、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例示，并非实施方式所述的所有的特征及其组合都是发明的本质内容。
本实施方式的具有旋转反射器的光学单元可以用于各种车辆用灯具。首先，对能够搭载后述说明的实施方式的光学单元的车辆用前照灯系统的概略进行说明。
(车辆用前照灯)
图1是本实施方式的车辆用前照灯的水平剖视概要图。图2是本实施方式的车辆用前照灯的主视图。此外，在图2中，省略了一部分的部件。
本实施方式的车辆用前照灯10是搭载于汽车的前端部的右侧的右侧前照灯，其主要部件的布局、构成与搭载于左侧的前照灯除了左右对称之外大致构造相同。因此，以下对右侧的车辆用前照灯10进行详细说明，适当省略对左侧的车辆用前照灯的说明。
如图1所示，车辆用前照灯10包括具有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罩14覆盖而形成灯室16。灯室16作为收容一个光学单元18的空间发挥功能。光学单元18是被构成为能够照射可变远光的灯单元。可变远光是指被控制使得使远光用的配光图案的形状发生变化，例如，能够在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(虚拟屏幕)上形成的照射区域。
本实施方式的光学单元18包括：第1光源20；作为使从第1光源20射出的第1光L1的光路改变而朝向旋转反射器22的叶片22a的一次光学系统(光学构件)的聚光用透镜24；一边反射第1光L1一边以旋转轴R为中心旋转的旋转反射器22；作为将被旋转反射器22反射的第1光L1向光学单元的光照射方向(图1右方)投影的投影透镜的凸透镜26；配置于第1光源20与凸透镜26之间的第2光源28；作为使从第2光源28射出的第2光L2的光路改变而朝向凸透镜26的一次光学系统(光学构件)的扩散用透镜30；以及搭载有第1光源20及第2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1光源20在电路基板33上呈阵列状地配置有多个LED20a。各LED20a被构成为能够单独点亮熄灭。
本实施方式的第2光源28呈阵列状地沿水平方向排列配置有2个LED28a，各LED28a被构成为能够单独点亮熄灭。另外，第2光源28被配置为第2光L2不被旋转反射器22反射而入射到凸透镜26。由此，从第2光源28射出的第2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，使从第2光源28射出的光通过扩散用透镜30扩散并入射到凸透镜26，而能够照射更大的范围，因此能够将第2光源28用作照射车辆外侧的区域的光源。
旋转反射器22通过马达34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22在筒状的旋转部22b的周围设有形状相同的2片叶片22a。叶片22a作为反射面发挥功能，该反射面被构成为用一边旋转一边反射从第1光源20射出的光而成的光来扫描前方，形成期望的配光图案。
旋转反射器22的旋转轴R相对于光轴Ax倾斜，被设于包含光轴Ax和第1光源20的平面内。换言之，旋转轴R与通过旋转而沿左右方向扫描的LED20a的光(照射光束)的扫描平面大致平行地设置。由此，实现光学单元的薄型化。在此，所谓扫描平面，例如可以理解为将作为扫描光的LED20a的光的轨迹连续地连接而形成的扇形的平面。
凸透镜26的形状根据所要求的配光图案或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或自由曲面透镜。例如，通过改进各光源或旋转反射器22的配置，本实施方式的凸透镜26能够形成外周的一部分沿铅垂方向被切开的切口部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发生干扰，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，通过凸透镜26的外周形成有非圆形(直线)的部分，能够实现具有从车辆正面观察时将曲线和直线组合而成的外形的透镜的崭新的外观设计的车辆用前照灯。
(光学单元)
图3是表示本实施方式的光学单元的主要部分的立体图。此外，在图3中，在构成光学单元18的部件中，主要图示出第1光源20、旋转反射器22及凸透镜26，为了便于说明而省略了一部分部件的图示。
如图3所示，光学单元18包括：由向水平方向呈线状地排列的多个LED20a构成的第1光源20；以及将用旋转反射器22反射从第1光源20射出的光后的光向光学单元的光照射方向(光轴Ax)投影的凸透镜26。旋转反射器22以旋转轴R相对于光照射方向(光轴Ax)倾斜且沿水平方向延伸的方式配置。另外，第1光源20以多个LED20a各自的发光面相对于反射面倾斜的方式配置。
叶片22a的反射面22d具有以随着朝向以旋转轴R为中心的周向而光轴Ax(或者旋转轴R)与该反射面所成的角变化的方式扭转的形状。此外，反射面的更详细的形状在后述说明。在此，所谓光轴，例如可以视为通过从透镜正面平行地入射的光聚光的焦点，并与入射光平行的直线。或者，也可以将通过凸透镜最凸出的部分并在水平的面内向车辆前后方向延伸的直线视为光轴。或者，在圆形(圆弧)的透镜的情况下，也可以将通过圆(圆弧)的中心并在水平的面内向车辆前后方向延伸的直线视为光轴。因此，叶片22a也可以说具有以随着朝向以旋转轴R为中心的周向而旋转轴R与反射面所成的角变化的方式扭转的形状。
(旋转反射器)
接着，对本实施方式的旋转反射器22的构造进行详细说明。图4是本实施方式的旋转反射器的立体图。图5是本实施方式的旋转反射器的侧视图。
旋转反射器22是树脂制的部件，具有：旋转部22b；以及作为反射面发挥功能的多个(2片)叶片22a，其被设于旋转部22b的周围、通过一边旋转一边反射从第1光源20射出的光而形成配光图案。叶片22a为圆弧形状，相邻的叶片22a的外周部被连结部22c连接而成为环状。由此，即使旋转反射器22高速旋转(例如50～240转/s)，旋转反射器22也不易挠曲。
在旋转部22b的中心，通过嵌入成形而固定有圆筒状的套筒36，该套筒36形成有供旋转反射器22的旋转轴插入并嵌合的孔36a。另外，在旋转部22b的外周部且叶片22a的内侧，形成有环状的槽38。
此外，图4及图5所示的旋转反射器22被用于右侧前照灯用的车辆用前照灯10，在从反射面22d的正面观察时逆时针旋转。另外，如图4及图5所示，叶片22a的反射面22d被构成为外周部的轴向的高度(叶片的厚度方向)在正面观察时朝着逆时针方向逐渐变高。相反地，反射面22d被构成为距旋转部22b近的内周部的轴向的高度朝着逆时针方向逐渐变低。
另外，反射面22d被构成为从外周部中的轴向的高度较低的一方的端部22e朝向中心(旋转部22b)逐渐变高。相反地，反射面22d被构成为从外周部中的轴向的高度较高的一方的端部22f，朝向中心逐渐变低。
这样，对在各部分处倾斜不同的反射面22d的法线向量进行说明。图6是用于说明反射面的形状的右侧前照灯用的旋转反射器的主视图。此外，图6所示的右侧前照灯用的旋转反射器22R与未图示的左侧前照灯用的旋转反射器是彼此的反射面的表面形状呈镜像的关系。
图6所示的虚线L3是将反射面22d的轴向的高度大致固定的部分连结的线，仅虚线L3上的点F0处的反射面22d的法线向量与旋转反射器22R的旋转轴平行。
另外，图6所示的各箭头表示该区域中的倾斜方向，箭头的方向被描绘为从反射面22d的高度较高者朝向较低者。如图6所示，本实施方式的反射面22d在夹着虚线L3的相邻区域中，周向或径向的倾斜的方向反转。
例如，从图6所示的旋转反射器22R的反射面22d的正面入射到区域R1的光，在图6所示的状态下，被向左斜上方反射。同样，入射到区域R2的光被向左斜下方反射，入射到区域R3的光被向右斜上方反射，入射到区域R4的光被向右斜下方反射。
这样，旋转反射器22的反射面22d被构成为入射的光的反射方向随着区域而变化，因此通过使旋转反射器22旋转，从而入射的光的反射方向周期性地变化。通过利用该性质，旋转反射器22用一边旋转一边反射从第1光源20射出的光而成的光扫描前方，形成配光图案。
接着，对基于本实施方式的光学单元18的配光图案的形成进行说明。图7的(a)是用于说明本实施方式的光学单元的旋转反射器处于第1旋转位置的情况下的光源、光源的虚像、透镜的焦点的位置关系的示意图，图7的(b)是用于说明本实施方式的光学单元的旋转反射器处于第2旋转位置的情况下的光源、光源的虚像、透镜的焦点的位置关系的示意图，图7的(c)是用于说明本实施方式的光学单元的旋转反射器处于第3旋转位置的情况下的光源、光源的虚像、透镜的焦点的位置关系的示意图。图8的(a)～图8的(c)是用于说明图7的(a)～图7的(c)所示的光学单元所形成的配光图案的示意图。
图7的(a)所示的凸透镜26具有确定第1焦点面FP1的第1透镜区域LR1。另外，作为光源的LED20a被设为旋转反射器22处于第1旋转位置(例如，如图7的(a)所示，相对于光轴Ax的反射面的反射角度为45°。)的情况下的虚像位置VP1成为第1焦点面FP1的附近(优选为第1焦点面FP1上)。在此，所谓光轴，例如可以视为通过从透镜正面平行地入射的光聚光的焦点，并与入射光平行的直线。或者，也可以将通过凸透镜最凸出的部分并在水平的面内向车辆前后方向延伸的直线视为光轴。或者，在圆形(圆弧)的透镜的情况下，也可以将通过圆(圆弧)的中心并在水平的面内向车辆前后方向延伸的直线视为光轴。
从处于凸透镜26的第1焦点面FP1附近的虚线位置VP1射出的光，从凸透镜26的第1透镜区域LR1通过，作为清晰的光源像被照射到配光图案PH的中央区域RC(参照图8的(a))。因此，至少配光图案PH的中央区域RC成为聚光度提高的清晰的图案。
接着，旋转反射器22处于第2旋转位置(例如，如图7的(b)所示，相对于光轴Ax、反射面的反射角度为45°-α(α为5～10°))的情况下的LED20a的虚像位置VP2为从第1焦点面FP1偏离的位置。在这种情况下，从虚像位置VP2射出的光通过凸透镜26的第2透镜区域LR2，但由于虚像位置VP2从第1焦点面FP1的延长线上偏离，因此作为聚光减弱的不清晰的光源像被照射到配光图案PH的右端部区域RR。
这样，认为虚像位置VP2从第1焦点面FP1的延长线上偏离的原因之一是旋转反射器22的反射面不是单纯的平坦面。例如，作为本实施方式的旋转反射器的反射面发挥功能的叶片，具有以随着朝向以旋转轴为中心的周向而光轴与反射面所成的角变化的方式扭转的形状。因此，难以设计凸透镜26的透镜面，使得不论旋转反射器22的旋转位置如何，光源的虚像位置都位于共通的焦点面上。
因此，本实施方式的凸透镜26，如图7的(b)所示，具有确定与第1焦点面FP1不同的第2焦点面FP2的第2透镜区域LR2。并且，LED20a被设为旋转反射器22处于第2旋转位置的情况下的虚像位置VP2为第2焦点面FP2的附近。
从处于凸透镜26的第2焦点面FP2附近的虚像位置VP2射出的光，通过凸透镜26的第2透镜区域LR2，作为清晰的光源像被照射到配光图案PH的右端部区域RR(参照图8的(b))。因此，至少配光图案PH的右端部区域RR成为聚光度提高的清晰的图案。
这样，无论旋转反射器处于第1旋转位置还是处于第2旋转位置，从LED20a射出的光都容易聚光，因此通过使被向光照射方向投影的光扫描而形成的配光图案PH中的清晰的范围扩大。
接着，旋转反射器22处于第3旋转位置(例如，如图7的(c)所示，相对于光轴Ax的反射面的反射角度为45°+α(α为5～10°))的情况下的LED20a的虚像位置VP3为从第1焦点面FP1偏离的位置。在这种情况下，从虚像位置VP3射出的光通过凸透镜26的第3透镜区域LR3，但由于虚像位置VP3从第1焦点面FP1的延长线上偏离，因此作为聚光减弱的不清晰的光源像被照射到配光图案PH的左端部区域RL。
因此，本实施方式的凸透镜26，如图7的(c)所示，具有确定与第1焦点面FP1不同的第3焦点面FP3的第3透镜区域LR3。并且，LED20a被设为旋转反射器22处于第3旋转位置的情况下的虚像位置VP3为第3焦点面FP3的附近。
从处于凸透镜26的第3焦点面FP3附近的虚像位置VP3射出的光，通过凸透镜26的第3透镜区域LR3，作为清晰的光源像被照射到配光图案PH的左端部区域RL(参照图8的(c))。因此，至少配光图案PH的左端部区域RL成为聚光度提高的清晰的图案。
这样，即使旋转反射器处于第3旋转位置，从LED20a射出的光也容易聚光，因此通过使被投影到光照射方向的光扫描而形成的配光图案PH中的清晰的范围扩大。
另外，第1透镜区域LR1包含凸透镜26的中心，第2透镜区域LR2及第3透镜区域LR3位于第1透镜区域LR1的外侧。由此，在配光图案PH中，包含从投影透镜的中心通过的光所投影的区域及其外侧的区域的范围变得清晰。即，能够实现中央部与端部均清晰的配光图案PH。
此外，凸透镜26也可以通过针对分割成多个的每个区域设计透镜面，从而具有以使被旋转反射器22反射的光线在内部不交叉的方式确定的入射面及射出面。由此，旋转反射器22的透镜面的设计变得容易。
[第2实施方式]
接着，对基于具备本实施方式的旋转反射器的光学单元的配光图案的形成进行说明。图9的(a)是表示参考例的光学单元的概略构成的侧视图，图9的(b)是用于说明参考例的光学单元所形成的配光图案的图。
参考例的光学单元39包括：具备LED等发光元件的第1光源20；一边反射从第1光源20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22；以及将被旋转反射器22反射的光向光照射方向投影的凸透镜26。旋转反射器22在旋转轴R的周围设有反射面22d，该反射面22d被构成为通过一边旋转一边反射的第1光源20的光(光源像)被凸透镜26投影而形成配光图案。
参考例的光学单元39的光轴Ax与旋转反射器22的旋转轴R被配置于同一平面上。因此，如图9的(b)所示，由光学单元39形成的配光图案PH’成为光源像被倾斜地扫描的形状。
这样，作为配光图案PH’相对于H-H线成为倾斜的平行四边形的理由，考虑旋转反射器的反射面的形状、反射面与光源的位置关系。图10的(a)～图10的(c)是用于说明光源像照射到参考例的旋转反射器的反射面上的范围的轨迹的图。此外，在各图中，着眼于一片叶片22a的反射面22d。
如图6等所示，旋转反射器22的反射面22d不是平坦的、而是扭转的形状。因此，随着叶片22a的旋转而被投影到反射面22d的光源像，即使第1光源20的LED20a的发光面的形状是矩形，也会因叶片的反射位置、反射角度而大幅改变。
例如，叶片22a的旋转位置在如图10的(a)所示的状态下，外周部中的轴向的高度较高的一方的端部22f附近与LED20a的发光面相对。另外，LED20a的发光面相对于叶片22a的反射面22d倾斜。因此，如图10的(a)所示，被投影到反射面22d上的光源像I’a为既非梯形也非平行四边形的单纯的四边形。另外，在反射面22d的端部22f中，比虚线L3靠外侧的区域被构成为将光向上反射。因此，光源像I’a中的被区域R2(参照图6)反射的部分(比虚线L3靠外侧的区域)被向上反射，光源像I’a中的被区域R1(参照图6)反射的部分(比虚线L3靠内侧的区域)被向下反射。并且，反射光通过凸透镜26而照射配光图案PH’的左端部区域r’a的主要比H-H线靠下方的区域。
接着，叶片22a从图10的(a)所示的状态沿逆时针方向旋转，叶片22a的旋转位置成为图10的(b)所示的状态。在此状态下，包含反射面22d的法线向量与旋转反射器22R的旋转轴成为平行的点F0的区域与LED20a的发光面相对。另外，LED20a的发光面相对于叶片22a的反射面22d倾斜。因此，如图10的(b)所示，被投影到反射面22d上的光源像I’b为单纯的四边形。另外，包含点F0的区域被构成为将光既不向上也不向下而是向正面反射。因此，光源像I’b主要被向旋转反射器22的正面方向(与旋转轴R平行的方向)反射，通过凸透镜26而照射配光图案PH’的中央部区域r’b。另外，光源像I’b与光源像I’a相比，被区域R2反射的比例减少。因此，配光图案PH’的中央部区域r’b与左端部区域r’a相比，比H-H线靠下方的区域较少。
接着，叶片22a从图10的(b)所示的状态沿逆时针方向旋转，叶片22a的旋转位置成为图10的(c)所示的状态。在此状态下，外周部中的轴向的高度较低的一方的端部22e附近与LED20a的发光面相对。另外，LED20a的发光面相对于叶片22a的反射面22d倾斜。因此，如图10的(c)所示，被投影到反射面22d上的光源像I’c为既非梯形也非平行四边形的单纯的四边形，但由于反射角度较小，因此与光源像I’a相比，接近发光面的形状。另外，在反射面22d的端部22e中，比虚线L3靠外侧的区域被构成为将光向上反射。因此，光源像I’c中的被区域R4(参照图6)反射的部分(比虚线L3靠外侧的区域)被向上反射，光源像I’c中的被区域R3(参照图6)反射的部分(比虚线L3靠内侧的区域)被向下反射。反射光通过凸透镜26而照射配光图案PH’的右端部区域r’c。另外，光源像I’c与光源像I’a或光源像I’b相比，被区域R4反射的比例减少。因此，配光图案PH’的右端部区域r’c与左端部区域r’a或中央部区域r’b相比，比H-H线靠下方的区域较少。
这样，认为通过反射面22d上的光源像的位置(特别是反射面22d的径向的位置)随着叶片22a的旋转位置而偏离，配光图案PH’被倾斜地形成。
因此，本发明人进行了深入研究，结果想到了以下的构成。图11的(a)是表示本实施方式的光学单元的概略构成的侧视图，图11的(b)是用于说明本实施方式的光学单元所形成的配光图案的示意图。图12(a)～图12的(c)是用于说明光源像照射到本实施方式的旋转反射器的反射面上的范围的轨迹的图。
本实施方式的光学单元18与上述光学单元39是大致相同的构成，与光学单元39相比旋转反射器22的位置不同。具体而言，如图11的(a)所示，旋转反射器22在旋转轴R的周围设有反射面22d，该反射面22d被构成为通过一边旋转一边反射的第1光源20的光被凸透镜26投影而形成如图11的(b)所示的配光图案。旋转轴R被以相对于光学单元18的前后方向倾斜的方式配置(参照图3)，并且以配光图案PH中的扫描方向接近水平的方式相对于包含凸透镜26的焦点F的平面偏离。
这样，作为本实施方式的光学单元所形成的配光图案PH成为与H-H线平行的矩形的理由，认为是由于旋转轴R相对于包含凸透镜26的焦点F的平面向下方偏离。以下，对该理由进行详细说明。
例如，叶片22a的旋转位置在如图12的(a)所示的状态下，外周部中的轴向的高度较高的一方的端部22f附近与LED20a的发光面相对。另外，LED20a的发光面相对于叶片22a的反射面22d倾斜。因此，如图12的(a)所示，被投影到反射面22d上的光源像Ia为既非梯形也非平行四边形的单纯的四边形。另外，在反射面22d的端部22f中，比虚线L3靠外侧的区域被构成为将光向上反射。因此，光源像Ia中的被区域R2反射的部分被向上反射，光源像Ia中的被区域R1反射的部分被向下反射。并且，反射光通过凸透镜26而照射配光图案PH的左端部区域ra。
接着，叶片22a从图12的(a)所示的状态沿逆时针方向旋转，叶片22a的旋转位置成为图12的(b)所示的状态。在此状态下，包含反射面22d的法线向量与旋转反射器22R的旋转轴成为平行的点F0的区域与LED20a的发光面相对。另外，LED20a的发光面相对于叶片22a的反射面22d倾斜。在这种情况下，如图12的(b)所示，被投影到反射面22d上的光源像Ib为单纯的四边形。另外，包含点F0的区域被构成为将光既不向上也不向下而是向正面反射。因此，光源像Ib主要被向旋转反射器22的正面方向(与旋转轴R平行的方向)反射，通过凸透镜26而照射配光图案PH的中央部区域rb。另外，光源像Ib与光源像Ia相比，被区域R2反射的区域大致相同。因此，配光图案PH的中央部区域rb的包含H-H线的上下方向的范围与左端部区域ra相同。
接着，叶片22a从图12的(b)所示的状态沿逆时针方向旋转，叶片22a的旋转位置成为图12的(c)所示的状态。在此状态下，外周部中的轴向的高度较低的一方的端部22e附近与LED20a的发光面相对。另外，LED20a的发光面相对于叶片22a的反射面22d倾斜。因此，如图12的(c)所示，被投影到反射面22d上的光源像Ic为既不是梯形也不是平行四边形的单纯的四边形，但由于反射角度较小，因此与光源像Ia相比，接近发光面的形状。另外，在反射面22d的端部22e中，比虚线L3靠外侧的区域被构成为将光向上反射。因此，光源像Ic中的被区域R4反射的部分被向上反射，光源像Ic中的被区域R3反射的部分被向下反射。反射光通过凸透镜26而照射配光图案PH的右端部区域rc。另外，光源像Ic与光源像Ia或光源像Ib相比，被区域R4反射的区域大致相同。因此，配光图案PH的右端部区域rc的包含H-H线的上下方向的范围与左端部区域ra或中央部区域rb相同。
这样，本实施方式的光学单元18能够形成扫描方向接近水平的配光图案PH。另外，本实施方式的旋转反射器22的旋转轴R相对于包含凸透镜26的焦点F的平面向上下方向偏离。由此，通过变更构成光学单元的一部分部件的布局，能够使配光图案PH接近期望的形状。
此外，如图1所示，本实施方式的第1光源20在光学单元18的前后方向上配置于旋转反射器22所存在的区域的前端与后端之间，并且在与光学单元18的前后方向垂直的方向上配置于凸透镜26及旋转反射器22所存在的区域的两端之间。另外，第1光源20在与光学单元18的前后方向垂直的方向上配置于旋转反射器所存在的区域之间。换言之，在从侧方观察光学单元18的情况下，第1光源20与旋转反射器22的反射面22d重叠。
[第3实施方式]
(旋转反射器的反射面的确定方法)
图13是用于说明确定本实施方式的光学单元中的反射面的方法的示意图。图14是表示本实施方式的反射面确定方法的流程的图。本实施方式的反射面确定方法是对旋转反射器22的反射面22d进行确定的方法，该反射面22d一边反射从第1光源20射出的光一边以旋转轴R为中心向一个方向旋转。
首先，在前方设定期望的配光图案PH(图14的步骤S10)，并对能够实现该配光图案PH的投影透镜(凸透镜26)的入射面及射出面等光学面进行设定(图14的步骤S12)。接着，设定虚拟光源的区域VR(图14的步骤S14)，该虚拟光源被视为射出了作为配光图案PH而被投影的第1光L1，并设定旋转反射器22的旋转轴R相对于通过凸透镜26的焦点F0的直线(例如，图13所示的光轴Ax)的角度α(图14的步骤S16)。角度α例如为45°。
接着，设定第1光源20的位置(图14的步骤S18)，并以使第1光源20的虚像位置成为虚拟光源的区域VR的方式设定旋转反射器22的反射角度的范围(图14的步骤S20)。图15的(a)～图15的(f)是用于进一步说明S20的工序的示意图。
如图15的(a)所示，在叶片22a处于旋转位置P0的情况下，以使虚拟光源的区域VR的端部的区域VR0成为第1光源20的虚像位置的方式，设定叶片22a的反射面22d0。即，第1光源20与区域VR0成为夹着反射面22d0对称的位置关系。
接着，如图15的(a)所示，在叶片22a旋转而处于旋转位置P1的情况下，以使虚拟光源的区域VR1成为第1光源20的虚像位置的方式，设定叶片22a的反射面22d1。即，第1光源20与区域VR1成为夹着反射面22d1对称的位置关系。
接着，如图15的(b)所示，在叶片22a旋转而处于旋转位置P2的情况下，以使虚拟光源的区域VR2成为第1光源20的虚像位置的方式，设定叶片22a的反射面22d2。即，第1光源20与区域VR2成为夹着反射面22d2对称的位置关系。
同样，如图15的(c)～图15的(f)所示，在叶片22a旋转而依次移动到旋转位置P3～P6的情况下，以使虚拟光源的区域VR3～VR6成为第1光源20的虚像位置的方式，设定叶片22a的反射面22d3～22d6。即，第1光源20与区域VR3～VR6成为夹着反射面22d3～22d6对称的位置关系。
在本实施方式中，以旋转轴R为中心的叶片22a的旋转位置P0至P6的旋转角度为180°。另外，叶片22a的旋转位置P0的反射面22d0至旋转位置P6的反射面22d6的反射角度的范围β(图15的(f))被设定在相对于与旋转轴R垂直的面±5°～±10°的范围内。由此，能够形成照射车辆前方的期望的范围的配光图案PH。
图16是用于说明设定旋转反射器的反射面的工序的示意图。在所述的反射角度的范围β内设定多个分割截面(图14的步骤S22)。在本实施方式中，将上述的7个反射面22d0～22d6设定为分割截面。并且，通过连接以旋转轴R为中心、使反射面22d0～22d5朝向相邻的反射面22d1～22d6分别旋转规定角度的反射面，来设定旋转反射器22的反射面22d(图14的步骤S24)。
此外，也可以将各面或连接各面的部位平滑地修正。通过这样的方法，能够确定能够在前方形成规定的配光图案PH的旋转反射器22的反射面22d的形状。换言之，通过设定期望的配光图案PH，能够确定旋转反射器22的反射面22d的形状。
在本实施方式中，将作为多个分割截面的反射面22d0～22d6设定为反射角度以等间隔(β/6)错开。由此，反射面22d的设计变得容易。另外，本实施方式的旋转反射器22以一边旋转一边反射的第1光源20的光形成期望的配光图案的方式设定反射面。
[第4实施方式]
(旋转反射器)
接着，对本实施方式的旋转反射器22的构造进行说明。图17是本实施方式的旋转反射器的立体图。图18是本实施方式的旋转反射器的主视图。
旋转反射器22是树脂制的部件，具有：旋转部22b；以及作为反射面发挥功能的多个(2片)叶片22a，该反射面设于旋转部22b的周围、通过一边旋转一边反射从第1光源20射出的光而形成配光图案。叶片22a为圆弧形状，相邻的叶片22a的外周部被连结部22c连接而成为环状。由此，即使旋转反射器22高速旋转(例如50～240转/s)，旋转反射器22也不易挠曲。
在旋转部22b的中心，通过嵌入成形，固定有圆筒状的套筒36，该套筒36形成有供旋转反射器22的旋转轴插入并嵌合的孔36a。另外，在旋转部22b的外周部且叶片22a的内侧形成有环状的槽38。
(遮光罩)
图19的(a)是本实施方式的遮光罩的主视图，图19的(b)是图19的(a)所示的遮光罩的A-A剖视图。本实施方式的遮光罩40是金属制的圆板状的构件，为了抑制表面的反射而进行了消光涂装。遮光罩40具有配置于旋转反射器22的旋转部22b的上方的中央遮光部40a，在中央遮光部40a的周围，遮挡朝向旋转反射器22的反射面(叶片22a)的光的反射面遮光部40b。
在反射面遮光部40b的一部分形成有供从第1光源20射出的光向叶片22a通过，并且供被叶片22a反射的光通过的开口部40c。另外，在反射面遮光部40b的周围，在收容有旋转反射器22的未图示的圆筒状的外壳上设有用于固定遮光罩40的3个卡扣40d。
图20是表示以本实施方式的遮光罩覆盖旋转反射器的状态的立体图。图21是用于说明本实施方式的光学单元中的遮光罩的功能的示意图。
如图21所示，由于从LED20a直接朝向旋转部22b的光L5及作为其反射光的L5’不是通过被旋转反射器22的叶片22a反射而被控制的光，因此如果经由凸透镜26被向前方投影，有时会照射与期望的配光图案不同的区域，有可能产生眩光。
因此，本实施方式的遮光罩40具有中央遮光部40a，该中央遮光部40a对从LED20a射出的光中的朝向旋转部22b的光L5、或从LED20a射出的光中的被旋转部22b反射的光L5’进行遮挡。由此，从LED20a射出的光中的被旋转部22b反射的光难以入射到凸透镜26，能够减少眩光的产生。
另一方面，如果遮光罩40覆盖叶片22a的整面，则旋转反射器22不发挥功能。因此，本实施方式的遮光罩40具有供从LED20a射出的光L1向叶片22a通过，并且供被叶片22a反射的光L1通过的开口部40c。由此，能够抑制因具有遮光罩40而造成的配光图案的缺损或亮度降低。
另外，遮光罩40的反射面遮光部40b被构成为对从车辆前方入射到凸透镜26的外部光L4中的朝向旋转反射器22的叶片22a的光的至少一部分进行遮挡。由此，能够对从凸透镜26入射并朝向旋转反射器22的外部光L4进行遮光。
图22是用于说明本实施方式的光学单元中的遮光罩的中央遮光部的功能的示意图。
本实施方式的遮光罩40是中央遮光部40a及反射面遮光部40b相连的板状的构件，中央遮光部40a配置于旋转部22b的上方，并且比反射面遮光部40b向旋转部22b凹陷。由此，能够减少被旋转反射器22的叶片22a反射的一部分光L1’被中央遮光部40a遮光。
另外，图22所示的中央遮光部40a比图21所示的中央遮光部40a短。这是因为，如果中央遮光部40a长而开口部40c狭窄，则被叶片22a反射的一部分光L1’被遮光。
此外，本实施方式的旋转部22b也可以是与叶片22a相同的材质，或与叶片22a进行相同的表面处理。在此，所谓表面处理，可举出利用蒸镀或镀敷的反射膜处理、纹理加工、喷砂处理等。由此，在旋转部22b与叶片22a中不需要改变材质或改变表面处理，能够降低旋转反射器22的制造成本。
以上，参照上述各实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限定于上述各实施方式，对实施方式的构成进行适当组合的方案及进行置换的方案也包含于本发明。另外，也可以基于本领域技术人员的知识，适当组合各实施方式中的组合及处理的顺序，或对各实施方式施加各种设计变更等变形，施加了这样的变形的实施方式也包含在本发明的范围内。
[工业可利用性]
本发明涉及能够用于车辆用灯具等灯具的光学单元。或者，本发明涉及对光学单元所具备的旋转反射器等的反射面进行确定的方法。
[附图标记说明]
FP1 第1焦点面，LR1 第1透镜区域，VP1 虚像位置，FP2 第2焦点面，LR2 第2透镜区域，VP2 虚像位置，FP3 第3焦点面，LR3 第3透镜区域，VP3 虚像位置，10 车辆用前照灯，18 光学单元，20 第1光源，20a LED，22、22R 旋转反射器，22a 叶片，22b 旋转部，22d 反射面，22e、22f 端部，26 凸透镜，34 马达。

Claims (5)

1.一种光学单元，其特征在于，包括：
光源，
旋转反射器，其一边反射从所述光源射出的光一边以旋转轴为中心向一个方向旋转，以及
投影透镜，其将被所述旋转反射器反射的光向光照射方向投影；
所述投影透镜具有确定第1焦点面的第1透镜区域、确定与所述第1焦点面不同的第2焦点面的第2透镜区域；
所述光源被设为：所述旋转反射器处于第1旋转位置的情况下的虚像位置为所述第1焦点面附近，并且所述旋转反射器处于第2旋转位置的情况下的虚像位置为所述第2焦点面附近。
2.如权利要求1所述的光学单元，其特征在于，
所述第1透镜区域包含所述投影透镜的中心；
所述第2透镜区域位于所述第1透镜区域的外侧。
3.如权利要求2所述的光学单元，其特征在于，
所述旋转反射器设有反射面，以使得一边旋转一边反射的所述光源的光形成期望的配光图案；
所述投影透镜被构成为：使通过所述第1透镜区域的光照射所述配光图案的中央部，使透过所述第2透镜区域的光照射所述配光图案的端部。
4.如权利要求3所述的光学单元，其特征在于，
所述旋转反射器在旋转轴的周围设有作为所述反射面发挥功能的叶片；
所述叶片具有以随着朝向以旋转轴为中心的周向而光轴与反射面所成的角变化的方式扭转的形状。
5.如权利要求1至4的任意一项所述的光学单元，其特征在于，
所述投影透镜具有以使被所述旋转反射器反射的光线在内部不交叉的方式确定的入射面及射出面。
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