CN113544550A - 光学单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在使用多个光源和多个透镜的情况下能够防止意外的配光且组装误差小的光学单元。光学单元(10)包括：多个光源(26)；一体形成的多个第一透镜(30)，配置成与所述多个光源(26)分别对应，将来自对应的光源(26)的光聚光，在预定的假想面上形成对应的光源像；第二透镜(12)，将所述多个光源像的投影像向前方投影；以及遮光部件(31)，在所述多个第一透镜(30)中的相邻的两个第一透镜(30)之间延伸，以使通过一方的第一透镜(30)的光不射入另一方的第一透镜(30)的方式进行遮光，所述遮光部件(31)和所述多个第一透镜(30)利用双色成型而一体形成。

Description

光学单元
技术领域
本发明涉及光学单元，更详细地说，涉及具备多个光源的光学单元。
背景技术
以往，已知一种车辆用灯具用的光学单元，其使用多个光源和设置成与多个光源分别对应的多个透镜，在投影透镜的后方焦点面形成多个光源像，利用投影透镜将所述多个光源像的投影像向前方投影，由此形成一体的配光图案(例如参照专利文献1)。
使用多个光源和多个透镜的光学单元存在着如下的可能性：从一个光源照射的光线射入对应的透镜以外的透镜，形成意外的配光，对前方行驶的车辆施加炫光。
因此，在专利文献1中提出了如下的方案：设置以分隔多个透镜中的相邻的两个透镜的方式延伸的分隔部件。
专利文献1：日本专利公开公报特开2011-171002号
但是现有技术存在如下的问题：设置成用于将来自光源的光聚光并在投影透镜的后方焦点面形成光源像的透镜的尺寸小，在多个透镜之间设置分隔部件的结构复杂，部件数量多，组装作业困难。因此，存在着组装的误差变大的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，本发明的目的在于提供一种在使用多个光源和多个透镜的情况下能够防止意外的配光且组装误差小的光学单元。
为了实现上述目的，本发明的一个方式的光学单元包括：多个光源；一体形成的多个第一透镜，配置成与所述多个光源分别对应，将来自对应的光源的光聚光，在预定的假想面上形成对应的光源像；第二透镜，将多个所述光源像的投影像向前方投影；以及遮光部件，在所述多个第一透镜中的相邻的两个第一透镜之间延伸，以使通过一方的第一透镜的光不射入另一方的第一透镜的方式进行遮光，所述遮光部件和所述多个第一透镜利用双色成型而一体形成。
按照上述方式，在具备多个光源和多个第一透镜的光学单元中，构成为在相邻的两个第一透镜之间设置遮光部件，使来自意外的光源的光不向前方射出，因此能够防止意外的配光。
另外，按照上述方式，一体形成多个第一透镜，并且利用双色成型而一体形成遮光部件和第一透镜。因此，变成能够一次进行多个透镜的组装、以及多个透镜与多个遮光部件的组装，能够缩短制造时间，组装作业变得简便。另外，能够降低多个第一透镜和多个遮光部件分别为独立部件的情况下产生的组装误差。
在上述方式中优选的是，所述遮光部件设置成从所述第一透镜的厚度方向的内部朝向后面侧突出，所述遮光部件形成为朝向所述第一透镜的后面侧变厚的楔形。
另外，在上述方式中优选的是，所述遮光部件设置成从所述第一透镜的厚度方向的内部朝向后面侧突出，所述遮光部件形成为朝向所述第一透镜的后面侧变薄的倒楔形。
另外，在上述方式中优选的是，所述遮光部件由具有透射性的材料构成。
按照上述方式，能够提供一种在使用多个光源和多个透镜的情况下能够防止意外的配光且组装误差小的光学单元。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的光学单元的侧视图。
图2是同一光学单元具备的光源单元的分解立体图。
图3是同一光源单元的主视图。
图4的(a)是同一光源单元的沿着图3的IVA-IVA线的断面图，图4的(b)是同一光源单元的沿着图3的IVB-IVB线的断面图。
图5是示意性表示通过同一实施方式的第一透镜的光的光路的图。
图6是示意性表示通过同一实施方式的第一透镜的光的光路的图。
图7的(a)是本发明第二实施方式的灯具单元具备的光源单元的相当于图4的(a)的断面图，图7的(b)是同一光源单元的相当于图4的(b)的断面图。
图8的(a)是同一实施方式的一个变形例的光源单元的相当于图4的(a)的断面图，图8的(b)是相当于图4的(b)的断面图。
图9的(a)是本发明第三实施方式的灯具单元具备的光源单元的相当于图4的(a)的断面图，图9的(b)是相当于图4的(b)的断面图。
图10的(a)是本发明第四实施方式的光学单元具备的透镜模块的主视图，图10的(b)是同一透镜模块的后视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。实施方式并不用于限定发明而是例示，实施方式中记载的全部特征及其组合并非必须是发明的本质特征及其组合。
在以下的实施方式的说明中，对相同的构成要素、部件赋予相同的附图标记，另外，对具有等同的功能的构成要素、部件赋予相同的名称，适当地省略重复的说明。另外，除非另有说明，前后左右等方向意味着正面观察光学单元亦即具备光学单元的灯具的情况下的方向。另外，在各图中，箭头Up-Lo表示上下方向，箭头Le-Ri表示左右方向，箭头Fr-Re表示前后方向。
(第一实施方式)
图1是第一实施方式的光学单元10的侧视图。该光学单元10是用于车辆用灯具的光学单元，例如用于车辆用前照灯。
光学单元10主要包括第二透镜12、具备后述的多个第一透镜30(图2)的光源单元14、以及散热器16。
第二透镜12是由透明树脂形成的投影透镜，并且是前侧表面为凸面且后侧表面为平面的平凸非球面透镜。第二透镜12将形成在其后方焦点面上的光源像的投影像作为翻转像投影到灯具前方的预定的假想面上。
散热器16例如由铝等金属制成，前面为矩形的板状，后部形成为构成冷却片16a的形状。另外，在散热器16的前面中央附近，在四个部位设置有用于安装光源单元14的螺丝孔(未图示)。
如图2所示，光源单元14从后方起具备矩形的基板18、透镜支架20、透镜模块22和金属盖24。
多个光源26隔开预定间隔安装在基板18的前面。作为光源26，例如采用由LED(Light Emitting Diode：发光二极管)或激光二极管等发光元件形成且发出白色光的发光模块。例如，具体地说，通过由将蓝色光转换为黄色光的荧光体来覆盖发出蓝色光的蓝色LED，由此构成光源26。
另外，在图示的例子中，使用了四个光源26a、26b、26c、26d，但是光源的数量不限于四个，可以根据灯具的目的和需要而适当地设定。另外，在图示的例子中，光源26等间隔配置，但是光源的间隔也可以根据灯具的目的和需要而适当地设定。
另外，虽然未进行图示，但是光源26利用设置在基板18上的作为金属线的导电线分别与供电连接器和控制连接器连接，被从电源供电并基于控制装置的控制而点亮或熄灭，构成应用于配光可变型车辆用前照灯的激发光源阵列。
透镜支架20由铝或不锈钢等金属制成，是横向宽度与基板18为相同尺寸且纵向宽度比基板18短的横向长的矩形的板状部件。另外，透镜支架20在中央具有尺寸与多个第一透镜30对应的横向长的矩形的开口28。透镜支架20将透镜模块22配置成与光源26隔开预定距离。
透镜模块22为主要由透明或半透明的树脂形成的透镜复合体，具备多个第一透镜30。透镜模块22的外形形成为正面观察时与透镜支架20重合的横向长的矩形的板状。
在透镜模块22的中央，多个第一透镜30(30a、30b、30c、30d)在长边方向上并列地一体形成。第一透镜30是前侧表面为凸面且后侧表面也为凸面的双凸透镜，形成为从在透镜模块22的周缘部扩展的基座部32向前后方向突出。另外，各第一透镜30a、30b、30c、30d是前侧表面和后侧表面具有自由曲面且正面观察时具有纵向长的大致椭圆形状的透镜，为了便于制图，在图2中表示为正面观察时为圆形的透镜。
金属盖24由铝或不锈钢等金属制成，并且是与透镜模块22相同尺寸的横向长的矩形的板状部件。另外，在金属盖24的中央设置有尺寸与透镜模块22的多个第一透镜30对应的矩形的开口34。
在金属盖24的四角分别设置有螺丝孔36。另外，透镜模块22、透镜支架20和基板18分别在与金属盖的四个螺丝孔36对应的位置，设置有四个螺丝孔38、40、42。
从后方依次重叠基板18、透镜支架20、透镜模块22和金属盖24，从前方利用四根安装螺钉分别与设置在散热器16(图1)的前面的四个螺丝孔(未图示)进行螺钉固定，由此将光源单元14安装在散热器16的前面。光源单元14配置成使第二透镜12的光轴X1(图4)通过多个光源26的中央。
在此，参照图3、图4，对透镜模块22的详细结构进行说明。
图3是光源单元14的主视图，图4的(a)是光源单元14的沿着图3的IVA-IVA线的断面图，图4的(b)是光源单元14的沿着图3的IVB-IVB线的断面图。
如前所述，透镜模块22是由透明或半透明的树脂形成的透镜复合体。作为材料的树脂例如使用透明或半透明的硅树脂。或者也可以使用透明或半透明的三聚氰胺树脂、酚醛树脂或环氧树脂。另外优选的是，作为材料的树脂具有高耐热性。
如图4的(a)所示，多个第一透镜30a、30b、30c、30d配置成与多个光源26a、26b、26c、26d分别对应。具体地说，多个第一透镜30a、30b、30c、30d的光轴X2a、X2b、X2c、X2d配置成分别通过多个光源26a、26b、26c、26d的中心。
在多个第一透镜30中的相邻的两个第一透镜30之间设置有遮光部件31(31a、31b、31c)。
遮光部件31是扁平的椭圆筒体，水平断面为扁平的椭圆形，且在上下方向上延伸与第一透镜30的上下方向的长度大致相同的尺寸，例如由着色的硅树脂等遮光性树脂构成。遮光部件31设置成从多个第一透镜30的厚度方向的内部朝向背面侧突出。
另外，在本说明书中，用语“遮光性”不仅仅指完全遮断光线，而且指即使在射入遮光部件的光射入意外的透镜的情况下也以不产生炫光的程度来遮断光。
因此，作为遮光性树脂，也可以使用不是完全地遮断光而是具有透射性的树脂。这样，遮光部件31如果具有透射性，则变得难以吸收光能，能够抑制遮光部件31产生热量，因此能够防止透镜模块的变形等，所以是有利的。
透镜模块22和遮光部件31利用双色成型而一体形成。首先，利用一次模具一体形成第一透镜30和基座部32。接着，向二次模具注射遮光性树脂。
图5是用箭头示意性表示通过多个第一透镜30a、30b、30c、30d的光的光路的图。实线箭头表示从光源26a、26b、26c、26d的上端射出的光，虚线箭头表示从光源26(26a、26b、26c、26d)的下端射出的光。
另外，图5表示与图4的(a)相同的断面图，适当地省略了表示断面的剖面线。另外，第二透镜12的后方焦点面Y实际上形成为曲面状，但是在此为了便于图示，而将后方焦点面Y图示为平面。另外，为了便于说明，放大表示了光源26a、26b、26c、26d。
如图5所示，多个第一透镜30a、30b、30c、30d各自将对应的光源26a、26b、26c、26d的射出光聚光，在后方焦点面Y上分别形成彼此的边缘部连接并排成一列的独立的光源像48a、48b、48c、48d。第二透镜12将这些独立的光源像的投影像向灯具前方投影，形成一体的配光图案。
图6是为了对本实施方式的遮光部件31(31a、31b、31c)的功能进行说明，作为代表而示意性表示从光源26b射出的光的光路的图。以从光源26b的中央射出的光为代表，用箭头表示，实线箭头表示实际的光的光路，虚线箭头表示在假定为没有遮光部件31的情况下的光的光路。
详细的说，从光源26b射出的光显现出朗伯特性，并射入第一透镜30b。因此，虽然在对应的第一透镜30b的接收角的范围外存在有射入透镜模块22的光50a、50b，但是遮光部件31a、31b对这样的光进行遮光，防止从特定的光源26b射出的光射入意外的第一透镜30a、30c。
因此，遮光部件31的在第一透镜30b内延伸的部分的长度d1设计成使在第一透镜30b中行进的光不射入相邻的第一透镜30a、30c。另外也优选的是，长度d1设计成在来自光源26b的光50c也不射入遮光部件31b的情况下，能够防止光50c射入下一个相邻的第一透镜30d。
另外，遮光部件31朝向第一透镜后方突出的长度d2设计成能够防止光源26b的光射入相邻的第一透镜30a、30c的长度。
另外，在不存在遮光部件31的情况下，射入第一透镜30b的光如虚线所示，在相邻的第一透镜30a、30c中行进并向灯具前方射出。这在光源26b点亮、光源26a、26c熄灭的情况下成为好像光源26a、26c也意外点亮这样的配光图案，成为向对向车施加炫光的原因。在本实施方式中，通过具备遮光部件31，从而能够防止这样的意外的配光，能够防止向对向车施加炫光。
另外，在本实施方式中，将多个第一透镜作为透镜模块22一体形成，此外利用双色成型而一体形成遮光部件31和第一透镜30。因此，变成能够一次进行多个透镜的组装、以及多个透镜与多个遮光部件31的组装，能够缩短制造时间，能够使组装作业变得简便。另外，能够减少多个第一透镜30和多个遮光部件31分别为独立部件的情况下产生的组装误差。
(第二实施方式)
除了透镜模块122中的遮光部件131以外，本发明第二实施方式的光学单元100具有与第一实施方式的光学单元10大致相同的结构。图7的(a)、图7的(b)是光学单元100的光源单元114的与光源单元14的图4的(a)、图4的(b)对应的断面图。遮光部件131(131a、131b、131c)设置成从第一透镜30的厚度方向的内部朝向后面侧突出，形成为朝向第一透镜30的后面侧变厚的楔形。即，遮光部件131是扁平的三棱柱状体，水平断面是前面侧顶点为锐角的等腰三角形，且上下方向至少延伸与第一透镜的上下方向的长度相同的尺寸。
如果形成为这样的形状，则遮光部件在透镜中所占的部分变小，能够有效地利用通过透镜内部的光。
(变形例1)
作为本实施方式的变形例，如图8所示，遮光部件131A(131Aa、131Ab、131Ac)的形状也可以是如下形状：水平断面的在透镜内延伸的部分是前面侧顶点为锐角的等腰三角形，水平断面的朝向透镜后方突出的部分具有在前后方向上细长的半椭圆形状。在想要利用双色成型与第一透镜一体形成第二实施方式的遮光部件131a、131b、131c的情况下，遮光部件131a、131b、131c的后端部的宽度比与第一透镜30结合的结合部分的宽度大，因此二次模具的开模成为硬性脱模。如果如遮光部件131A(131Aa、131Ab、131Ac)这样构成，则无需对遮光部件131a进行硬性脱模，不会降低产品的成品率。
(第三实施方式)
除了透镜模块222中的遮光部件231(231a、231b、231c)以外，本发明第三实施方式的光学单元200具有与第一实施方式的光学单元10大致相同的结构。图9的(a)、图9的(b)是光学单元200的光源单元214的与光源单元14的图4的(a)、图4的(b)对应的断面图。遮光部件231设置成从第一透镜30的厚度方向的内部朝向背面侧突出，形成为朝向第一透镜30的背面侧变薄的倒楔形。即，遮光部件231(231a、231b、231c)是扁平的三棱柱状体，水平断面是后方侧顶点为锐角的等腰三角形，且上下方向至少延伸与第一透镜的上下方向的长度相同的尺寸。
在利用双色成型而形成透镜模块222和遮光部件231a、231b、231c的情况下，由于材料不同，所以存在有如下的可能性：小的部件(在此为遮光部件231)与大的部件(在此为透镜模块22)的边界面背离，小的部件脱落。但是，如果如遮光部件231这样构成，则由于遮光部件231的透镜内部侧比透镜表面侧更宽，所以能够防止遮光部件231脱落。
(第四实施方式)
除了透镜模块322、遮光部件331和光源单元的尺寸以外，本发明第四实施方式的光学单元300具有与第一实施方式的光学单元10大致相同的结构。如图10的(a)、图10的(b)所示，透镜模块322具备多个第一透镜330。多个第一透镜330一体形成为矩阵状，不仅在横向并列，也在纵向并列。
在透镜模块322的背面的相邻的两个第一透镜330之间，利用双色成型而与透镜模块322(多个第一透镜330)一体形成由与遮光部件31相同的材料构成的遮光部件331。
遮光部件331具有在上下方向延伸的铅直部331a和在左右方向延伸的水平部331b。铅直部331a和水平部331b与遮光部件31同样，是断面为扁平的椭圆形状的椭圆柱状体，通过形成为将铅直部331a和水平部331b以格子状组合的形状，从而能够防止从特定的光源射出的光射入与对应的第一透镜在左右和上下方向上相邻的意外的第一透镜，能够防止产生意外的配光。
另外，当然可以根据需要来设定多个第一透镜330的配置和数量。如此，按照本实施方式，由于能够应对各种各样的透镜配置，所以能够提高设计的自由度。
在多个第一透镜330和遮光部件331为独立部件的情况下，如果增加第一透镜330的数量，则部件数量增加，组装作业变得繁杂。另外，组装误差变大。在本实施方式中，由于一体形成第一透镜330和遮光部件331，所以与第一实施方式同样，仅通过将透镜模块322与基板、透镜支架和金属盖一起用螺钉固定到散热器的前面，就能够组装光源单元，组装作业变得简便，并且能够降低组装误差。
(其他变形例)
另外，在上述各实施方式中，多个第一透镜分别使用了相同的透镜，但是也可以适当地设计各自的形状和大小。
以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但是本发明不限于实施方式，基于本发明的各种变形或修正也包含在本发明的范围内。
本国际申请主张2019年3月7日提交的日本专利申请特愿2019-041268号的优先权，在此将该日本专利申请特愿2019-041268号的全部内容以参照的方式援引于本国际申请。
针对本发明的特定实施方式的上述说明是以例示为目的而提示的。这些说明并非旨在穷举或将本发明限制为记载的实施方式本身。对于本领域技术人员而言，显然可以参照上述的记载内容而进行大量的变形和变更。
附图标记说明
10、100、200、200A、300光学单元
12第二透镜
26(26a、26b、26c、26d)光源
30(30a、30b、30c、30d)、330第一透镜
31(31a、31b、31c)、131(131a、131b、131c)、131A(131Aa、131Ab、131Ac)、231(231a、231b、231c)、331遮光部件。

Claims (4)

1.一种光学单元，其特征在于，包括：
多个光源；
一体形成的多个第一透镜，配置成与所述多个光源分别对应，将来自对应的光源的光聚光，在预定的假想面上形成对应的光源像；
第二透镜，将多个所述光源像的投影像向前方投影；以及
遮光部件，在所述多个第一透镜中的相邻的两个第一透镜之间延伸，以使通过一方的第一透镜的光不射入另一方的第一透镜的方式进行遮光，
所述遮光部件和所述多个第一透镜利用双色成型而一体形成。
2.根据权利要求1所述的光学单元，其特征在于，
所述遮光部件设置成从所述第一透镜的厚度方向的内部朝向后面侧突出，
所述遮光部件形成为朝向所述第一透镜的后面侧变厚的楔形。
3.根据权利要求1所述的光学单元，其特征在于，
所述遮光部件设置成从所述第一透镜的厚度方向的内部朝向后面侧突出，
所述遮光部件形成为朝向所述第一透镜的后面侧变薄的倒楔形。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的光学单元，其特征在于，所述遮光部件由具有透射性的材料构成。
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