CN114616421B - 光学单元 - Google Patents

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Abstract

光学单元(12)包括筒状的旋转透镜(16)和配置于旋转透镜的内部的光源。旋转透镜(16)构成为从光源射出的光从内周面(14a)入射并作为照射光束从外周面(14b)射出，并且构成为通过该旋转透镜(16)的周期性的运动而利用照射光束扫描前方，由此形成规定的照射区域。

Description

光学单元
技术领域
本发明涉及光学单元，尤其涉及用于车辆用灯具的光学单元。
背景技术
以往，提出了一种光学单元，其包括使从光源射出的光从后方入射并作为照射光束向车辆前方射出的透镜，通过利用透射过该透镜的透射光扫描车辆的前方区域而形成规定的配光图案。
[在先技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本特开2012-256494
发明内容
[发明要解决的课题]
上述的光学单元所包括的透镜是透明的圆板状的构件，透镜的旋转轴相对于光轴平行。因此，将用于驱动透镜的马达设于透镜的后方，需要前后方向的空间。
本发明鉴于这样的状况而完成，其例示性的目的之一在于提供一种利用光源的光进行扫描的新的光学单元。
[用于解决技术课题的技术方案]
为了解决上述课题，本发明的一个方案的光学单元包括筒状的旋转透镜和配置于旋转透镜的内部的光源。旋转透镜被构成为从光源射出的光从内周面入射并作为照射光束从外周面射出，并且构成为通过该旋转透镜的周期性的运动而利用照射光束扫描前方，由此形成规定的照射区域。
根据本方案，通过筒状的旋转透镜的周期性的运动而利用照射光束扫描前方，由此能够形成规定的照射区域。因此，与利用从光源射出的光形成规定的照射区域的情况相比能够使光源小型化。
旋转透镜也可以被构成为以与驱动部连接的旋转轴为中心旋转，并且在从光源射出的光穿过时折射的方向周期性地变化。由此，能够通过简单的构成实现使用光源的光的扫描。
光源也可以被以射出面的正面方向与旋转轴交叉的方式配置。由此，光源的射出面与旋转透镜的内周面相对。
旋转透镜也可以被以旋转轴沿车辆的车宽方向的方式配置。由此，能够缩短光学单元的车辆前后方向的空间。
光源也可以构成为在旋转透镜的运动的周期的一部分相位范围内光度变化。由此，能够改变规定的照射区域的一部分的亮度。
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、系统等之间转换的方案作为本发明的方案也是有效的。
[发明效果]
根据本发明，能够提供一种利用光源的光进行扫描的新的光学单元。
附图说明
图1是从侧方观察第1实施方式的车辆用前照灯的概要图。
图2是从上方观察第1实施方式的车辆用前照灯的概要图。
图3的(a)是图1所示的旋转透镜的A-A剖视图，图3的(b)是图1所示的旋转透镜的B-B剖视图，图3的(c)是图1所示的旋转透镜的C-C剖视图，图3的(d)是图1所示的旋转透镜的D-D剖视图，图3的(e)是图1所示的旋转透镜的E-E剖视图，图3的(f)是表示由穿过图3的(a)所示的截面形状的照射光束形成的投影图像的图，图3的(g)是表示由穿过图3的(b)所示的截面形状的照射光束形成的投影图像的图，图3的(h)是表示由穿过图3的(c)所示的截面形状的照射光束形成的投影图像的图，图3的(i)是表示由穿过图3的(d)所示的截面形状的照射光束形成的投影图像的图，图3的(j)是表示由穿过图3的(e)所示的截面形状的照射光束形成的投影图像的图。
图4是从侧方观察第2实施方式的车辆用前照灯的概要图。
图5的(a)是图4所示的旋转透镜的A’区域，图5的(b)是图4所示的旋转透镜的B’区域，图5的(c)是图4所示的旋转透镜的C’区域，图5的(d)是图4所示的旋转透镜的D’区域，图5的(e)是图4所示的旋转透镜的E’区域，图5的(f)是表示由穿过图5的(a)所示的区域A’的照射光束形成的投影图像的图，图5的(g)是表示由穿过图5的(b)所示的区域B’的照射光束形成的投影图像的图，图5的(h)是表示由穿过图5的(c)所示的区域C’的照射光束形成的投影图像的图，图5的(i)是表示由穿过图5的(d)所示的区域D’的照射光束形成的投影图像的图，图5的(j)是表示由穿过图5的(e)所示的区域E’的照射光束形成的投影图像的图。
具体实施方式
以下，基于实施方式并参照附图来说明本发明。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，适当省略重复的说明。另外，实施方式并不限定发明而是示例，实施方式所记载的所有特征及其组合未必是发明的本质性内容。
(第1实施方式)
本实施方式的光学单元能够用于各种车辆用灯具。首先，对可搭载后述说明的实施方式的光学单元的车辆用前照灯的概略进行说明。
图1是从侧方观察第1实施方式的车辆用前照灯的概要图。图2是从上方观察第1实施方式的车辆用前照灯的概要图。
车辆用前照灯10包括光学单元12和将从光学单元12射出的光源像向车辆前方投影的投影透镜14。光学单元12包括：筒状的旋转透镜16；作为配置于旋转透镜16的内部的光源的半导体发光元件18；设于旋转透镜16的侧方并旋转驱动旋转透镜16的马达20；以及控制半导体发光元件18的点亮熄灭和马达20的驱动的控制部22。
半导体发光元件18例如优选LED(Light Emitting Diode：发光二极管)、LD(LaserDiode：激光二极管)、OLED(Organic Light Emitting Diode：有机发光二极管)。另外，光源如果为收纳在旋转透镜16的内部的程度的小型，则也可以是半导体发光元件之外的光源。
旋转透镜16由玻璃或塑料等透明的材料形成透射区域，构成为从半导体发光元件18射出的光从透射区域的内周面16a入射并作为照射光束从透射区域的外周面16b射出。另外，旋转透镜16被马达20驱动，构成为通过以旋转轴R为中心的周期性的运动(旋转运动)而利用照射光束对前方进行左右扫描，由此形成规定的照射区域。具体而言，通过改进内周面16a及外周面16b的表面形状来实现。
图3的(a)是图1所示的旋转透镜的A-A剖视图，图3的(b)是图1所示的旋转透镜的B-B剖视图，图3的(c)是图1所示的旋转透镜的C-C剖视图，图3的(d)是图1所示的旋转透镜的D-D剖视图，图3的(e)是图1所示的旋转透镜的E-E剖视图，图3的(f)是表示由穿过图3的(a)所示的截面形状的照射光束形成的投影图像的图，图3的(g)是表示由穿过图3的(b)所示的截面形状的照射光束形成的投影图像的图，图3的(h)是表示由穿过图3的(c)所示的截面形状的照射光束形成的投影图像的图，图3的(i)是表示由穿过图3的(d)所示的截面形状的照射光束形成的投影图像的图，图3的(j)是表示由穿过图3的(e)所示的截面形状的照射光束形成的投影图像的图。
此外，A-A截面是旋转透镜16的旋转角度为0度的位置，B-B截面是旋转透镜16的旋转角度为72度的位置，C-C截面是旋转透镜16的旋转角度为144度的位置，D-D截面是旋转透镜16的旋转角度为216度的位置，E-E截面是旋转透镜16的旋转角度为288度的位置。
如图3的(f)～图3的(j)所示，投影图像I沿图的右方向逐渐移动。像这样，车辆用前照灯10通过筒状的旋转透镜16的周期性的运动而利用照射光束扫描前方，由此能够形成规定的照射区域(远光用配光图案PH)。因此，与利用从半导体发光元件18射出的光形成规定的照射区域(投影图像I)的情况相比，由于通过利用照射光束扫描能够形成比投影图像I更广的远光用配光图案PH，因此能够使半导体发光元件18小型化或者减少元件数量。
另外，旋转透镜16被构成为以与马达20连接的旋转轴R为中心旋转，并且从半导体发光元件18射出的光在穿过时所折射的方向如图3的(a)～图3的(e)所示那样周期性地变化。由此，能够通过对旋转透镜16的外周面16b的形状进行改进的简单的构成来实现使用半导体发光元件18的光的扫描。
另外，本实施方式的半导体发光元件18以射出面18a(参照图2)的正面方向F与旋转轴R交叉(实质上正交)的方式配置。由此，半导体发光元件18的射出面18a与旋转透镜16的内周面16a平行地相对。
另外，本实施方式的旋转透镜16以旋转轴R沿车辆的车宽方向Y的方式配置。由此，能够缩短光学单元12的车辆前后方向X的空间。
此外，半导体发光元件18也可以被控制部22控制，以使得在旋转透镜16的运动的周期的一部分相位范围内光度发生变化。由此，能够改变规定的照射区域的一部分的亮度。例如，在投影图像I透射过图3的(f)的位置的定时通过控制部22使半导体发光元件18实质上熄灭，在除此之外的定时使半导体发光元件18点亮，由此能够使远光用配光图案PH的一部分区域为非照射状态。
像这样，本实施方式的光学单元12通过改进旋转透镜16的表面形状，而作为利用从光源射出的光的透射光扫描光照射方向(前方)的、以往没有的新的光学单元发挥功能。
(第1实施方式的变形例)
上述的光学单元12通过旋转透镜16以旋转轴R为中心旋转1周，使投影图像I从左向右扫描1次，但通过改进旋转透镜16的表面形状，通过旋转透镜旋转1周也能够使投影图像I从左向右扫描N次(N≧2)。另外，通过设定旋转透镜16的外周面16b的形状以使得截面形状的顺序成为图3的(a)、图3的(b)、图3的(c)、图3的(b)、图3的(a)、图3的(e)、图3的(d)、图3的(e)、图3的(a)，能够实现投影图像I在车辆前方左右往复扫描的光学单元。
(第2实施方式)
图4是从侧方观察第2实施方式的车辆用前照灯的概要图。此外，对与图1、图2同样的构成标注相同的附图标记并适当省略说明。另外，以与第1实施方式不同的作用效果、构成为中心进行说明。
车辆用前照灯30包括光学单元32和将从光学单元32射出的光源像向车辆前方投影的投影透镜14。光学单元32包括：筒状的旋转透镜34；配置于旋转透镜34的内部的半导体发光元件18；设于旋转透镜34的侧方并旋转驱动旋转透镜34的马达20；以及控制半导体发光元件18的点亮熄灭和马达20的驱动的控制部22。
旋转透镜34构成为从半导体发光元件18射出的光从透射区域的内周面34a入射并作为照射光束从透射区域的外周面34b射出。另外，旋转透镜34被马达20驱动，构成为通过以旋转轴R为中心的周期性的运动(旋转运动)而利用照射光束对前方进行上下扫描，由此形成规定的照射区域。
图5的(a)是图4所示的旋转透镜的A’区域，图5的(b)是图4所示的旋转透镜的B’区域，图5的(c)是图4所示的旋转透镜的C’区域，图5的(d)是图4所示的旋转透镜的D’区域，图5的(e)是图4所示的旋转透镜的E’区域，图5的(f)是表示由穿过图5的(a)所示的区域A’的照射光束形成的投影图像的图，图5的(g)是表示由穿过图5的(b)所示的区域B’的照射光束形成的投影图像的图，图5的(h)是表示由穿过图5的(c)所示的区域C’的照射光束形成的投影图像的图，图5的(i)是表示由穿过图5的(d)所示的区域D’的照射光束形成的投影图像的图，图5的(j)是表示由穿过图5的(e)所示的区域E’的照射光束形成的投影图像的图。
此外，A’区域是旋转透镜16的旋转角度为0度的位置，B’区域是旋转透镜16的旋转角度为72度的位置，C’区域是旋转透镜16的旋转角度为144度的位置，D’区域是旋转透镜16的旋转角度为216度的位置，E’区域是旋转透镜16的旋转角度为288度的位置。
如图5的(f)～图5的(j)所示，投影图像I沿图的上方向逐渐移动。像这样，车辆用前照灯30通过筒状的旋转透镜34的周期性的运动而利用照射光束扫描前方，由此能够形成规定的照射区域(配光图案P1)。
(其他作用效果)
与具有叶片的旋转透镜相比，筒状的旋转透镜能够提高刚性。另外，由于旋转轴R能够与光学单元(车辆用前照灯)的前后方向垂直地在旋转透镜的侧方配置驱动源，因此能够缩短光学单元的前后方向。另外，在上述的各实施方式中，由于内周面为圆周面且半导体发光元件的光大致垂直地入射，因此几乎没有折射的影响。因此，主要考虑透射过旋转透镜并从外周面射出时的光的折射即可，外周面的表面形状的设定比较容易。相反地，如果要在内周面控制折射，则也必须考虑在外周面的折射，内周面和外周面的表面形状的设定变难。另外，难以将旋转透镜的内周面加工成复杂的形状，但如果是外周面则能够比较容易地加工。
以上，参照上述的实施方式说明了本发明，但本发明并不被限定于上述的各实施方式及变形例，对各实施方式的构成进行适当组合及置换的方式也包含于本发明。另外，也可以基于本领域技术人员的知识，适当地重新排列实施方式中的组合及处理的顺序、对各实施方式施加各种设计变更等变形，被施加了这样的变形的实施方式也可以包含于本发明的范围。
例如，在上述的实施方式的光学单元中也可以使用IR(infrared：红外)-LD、IR-LED、LiDAR(Light Detection and Ranging：光检测和测距)用LD等发出不可见光线的光源。由此，能够实现能够适用于传感器设备、传感辅助设备的光学单元。
[工业可利用性]
本发明能够用于车辆用灯具。
[附图标记说明]
10车辆用前照灯，12光学单元，14投影透镜，16旋转透镜，16a内周面，16b外周面，18半导体发光元件，18a射出面，20马达，22控制部，30车辆用前照灯，32光学单元，34旋转透镜，34a内周面，34b外周面。

Claims (5)

1.一种光学单元，其特征在于，包括：
筒状的旋转透镜，以及
配置于所述旋转透镜的内部的光源；
所述旋转透镜被构成为从光源射出的光从内周面入射并作为照射光束从外周面射出，并且构成为通过该旋转透镜的周期性的运动而利用照射光束扫描前方，由此形成规定的照射区域。
2.如权利要求1所述的光学单元，其特征在于，
所述旋转透镜构成为以与驱动部连接的旋转轴为中心旋转，并且在从光源射出的光穿过时折射的方向周期性地变化。
3.如权利要求2所述的光学单元，其特征在于，
所述光源被以射出面的正面方向与所述旋转轴交叉的方式配置。
4.如权利要求2或3所述的光学单元，其特征在于，
所述旋转透镜被以所述旋转轴沿车辆的车宽方向的方式配置。
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，
所述光源被构成为在旋转透镜的运动的周期的一部分相位范围内光度发生变化。
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