JP2009218115A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回動可能なステージ上にレンズを設けたスキャン式照明装置において、小型の光源を用い、レンズから出射した平行光により所定の照明領域を明るくスキャンする。
【解決手段】 照明装置１のベース３にステージ５を回動可能に支持し、永久磁石１０とコイルからなる走査用アクチュエータ７でステージ５を駆動する。ステージ５上に集光レンズ９を設け、その後方焦点Ｆがステージ５の回動軸線上に位置するようにホルダ８で保持する。ベース３に取り付けたブラケット１７に、光源１６を発光部の中心が後方焦点Ｆと同じ位置となるように固定するとともに、ヒートシンク１８を設置する。光源１６からの光を集光レンズ９に透過させ、集光レンズ９が出射した平行光ＰＲをステージ５の往復回動によりレンズ８前方の所定の照明領域でスキャンする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ステージ上にレンズを設け、ステージの回動により光源からの光をスキャンする照明装置に関する。

従来、回動可能なステージ上にレンズを設け、光源からの光をレンズに入射させ、ステージの往復回動に伴って拡散光を形成する装置が知られている。例えば、特許文献１に記載された装置は、図８に示すように、固定基板５１上に光源５２と固定枠５３とを設置し、固定枠５３にステージ５４を回動可能に支持し、ステージ５４上に光源５２からのレーザー光を屈折させる凸レンズ５５を設け、永久磁石５６とコイル（図示略）からなる駆動手段でステージ５４を往復回動し、レーザー光で拡散光（ＤＲ）を形成するように構成されている。
特開２００５−１９５６３９号公報

しかし、レーザー光は部分的なエネルギーが大きいため、レーザー光で形成した拡散光（ＤＲ）は照明用として危険であり、レーザー光のエネルギーを落とすと、明るさが不足する。このため、照明装置には、光が拡散するような光源、例えばＬＥＤ光源を用いるのが好ましい。ところが、従来装置において、光源５２の位置にＬＥＤ光源を設置して凸レンズ５５を駆動すると、レンズ５５の焦点がＬＥＤ光源からずれてしまい、平行光をスキャンすることができない。また、拡散光（ＤＲ）を形成する従来装置によると、十分な明るさを確保するためには、大型の光源を装備する必要があり、発熱量が増え、冷却構造が大型化し、消費電力が嵩むという問題点もあった。

そこで、本発明の目的は、小型の光源を用い、レンズからの平行光で所定の照明領域を明るくスキャンできる照明装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の照明装置は、回動可能なステージと、ステージを駆動する駆動手段とを備え、ステージ上に集光レンズを後方焦点がステージの回動軸線上に位置するように設け、集光レンズの後方焦点と同じ位置に光源を固定し、光源からの光を集光レンズに透過させ、集光レンズが出射した略平行光をステージの往復回動により所定の照明領域でスキャンすることを特徴とする。

ここで、略平行光とは、光源が所定の大きさを備えているので、光源からの光が集光レンズの光軸に対し非平行な光線を含むことを意味する。しかし、光源を集光レンズの後方焦点に固定することで、光学的には、集光レンズの出射光は平行光であるといえる。このため、以下の説明中では、集光レンズの出射光を単に平行光と呼ぶ。

本発明の照明装置は、光源を固定したので、光源の冷却手段を照明装置の一部に固定的に設置することができる。具体的には、ステージを回動可能に支持するベースを設け、ベースに光源と、光源の発熱を放散させるヒートシンクとを固定するという手段を採用できる。この手段によれば、ベース上でステージと光源とヒートシンクとを一体化し、照明装置の全体をコンパクトに構成できるという利点がある。

光源は、特定の種類に限定されないが、小型軽量である点でＬＥＤ光源を好ましく使用できる。集光レンズには、平凸レンズ、両凸レンズ、フレネルレンズなど、集光機能を備えた各種のレンズを使用できる。ステージを高速回動できる点では、プラスチック製の小型レンズを好ましく使用できる。

ステージの駆動手段は特に限定されない。例えば、電磁駆動方式または静電駆動方式の走査用アクチュエータを採用できる。一つの走査用アクチュエータを用いて、ステージを１軸線の周りで駆動してもよく、二つの走査用アクチュエータを用いて、ステージを直交２軸線の周りで駆動することも可能である。ステージの回動速度は、例えば、照明領域を肉眼視で面発光させる程度であるのが望ましい。

本発明の照明装置は、特定の用途に限定されないが、集光レンズが出射した平行光で車両前方を明るくスキャンできる点で、車両用前照灯に好適である。車両用前照灯の照明装置は、前照灯ハウジングの内部にベースを備え、ベースにステージを回動可能に支持するとともに、ステージを駆動する駆動手段を設け、ステージ上に集光レンズを後方焦点がステージの回動軸線上に位置するように設け、集光レンズの後方焦点と同じ位置においてベースに光源を固定し、光源からの光を集光レンズに透過させ、集光レンズが出射した平行光をステージの往復回動により車両前方の所定の照明領域でスキャンすることを特徴とする。

本発明の照明装置によれば、ステージの回動軸線上に集光レンズの後方焦点を配置し、該後方焦点と同じ位置に光源を固定したので、小型の光源を用い、集光レンズが出射した平行光で所定の照明領域を明るくスキャンできるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は一つの走査用アクチュエータを用いた実施例１の照明装置を示し、図２はこの照明装置の内部構造を示し（図１のＩＩ−ＩＩ線断面図）、図３は照明装置の動作を示す（図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図）。図４は二つの走査用アクチュエータを用いた実施例２の照明装置を示し、図５はこの照明装置の平面配置を示す。図６は複数の照明モジュールを備えた実施例３の照明装置を示す。図７は車両用前照灯に装備された実施例４の照明装置を示す。各図において、同一の符号は同等の機能を備えた部材を示す。

図１に示すように、実施例１の照明装置１は、ケーシング２の表面にベース３を備えている。ベース３の中央部には開口部４が形成され、開口部４にステージ５が配置されている。ステージ５は一対のトーションバー６でベース３に回動可能に支持され、電磁駆動方式の走査用アクチュエータ７（駆動手段）によって、トーションバー６の軸線周りで駆動される。ステージ５の表面にはホルダ８によりプラスチック製の集光レンズ（例えば平凸レンズ）９が保持され、走査用アクチュエータ７によりステージ５と一体に往復回動される。

走査用アクチュエータ７は、トーションバー６と直交する方向の磁界を形成する一対の永久磁石１０と、ステージ５に駆動電流を流すコイル１１とを備えている。コイル１１はベース３上の配線部１２を介してケーシング２内部の制御ユニット１３（図２参照）に接続されている。そして、制御ユニット１３がコイル１１を流れる駆動電流の大きさと向きとを制御し、走査用アクチュエータ７がステージ５にローレンツ力による回転トルクを作用させ、ステージ５がトーションバー６の復元力に抗して往復回動するようになっている。

図２に示すように、集光レンズ９は、後方焦点Ｆがステージ５の回動軸線（トーションバー６が形成する軸線）上に位置するように、ホルダ８に保持されている。ステージ５には透孔１５が形成され、透孔１５の内側に、集光レンズ９に向けて可視光を照射する光源（例えばＬＥＤ光源）が設置されている。光源１６は、発光部の中心が集光レンズ９の後方焦点Ｆと一致する位置において、ブラケット１７の上面に固定されている。ブラケット１７はベース３に取り付けられ、ブラケット１７の下面に、光源１６の発熱を放散させるヒートシンク１８が設置されている。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、照明装置１に電源が投入されると、光源１６が点灯し、走査用アクチュエータ７がステージ５を駆動する。ステージ５は集光レンズ９と一体に往復回動し、集光レンズ９が光源１６からの光を集めてレンズ９の前方へ出射する。このとき、集光レンズ９の後方焦点Ｆと光源１６とがステージ５の回動軸線上において同じ位置に配置されているので、光源１６からの光が集光レンズ９を透過したのち平行光ＰＲとして出射される。そして、この平行光ＰＲがステージ５の往復回動に伴って所定の照明領域でスキャンされる。

このため、実施例１の照明装置１によれば、集光レンズ９前方の限られた範囲の照明領域を平行光ＰＲにより明るくスキャンすることができる。したがって、比較的小型の光源１６を使用でき、その発熱量を増え、ヒートシンク１８を小型化できるうえ、消費電力を節減することも可能となる。また、ステージ５、光源１６およびヒートシンク１８がブラケット１７によりベース３に一体的に組み付けられているので、特に、回動体（ステージ５）を装備したスキャン式照明装置１において、全体をコンパクトに構成できるという利点がある。

図４、図５に示すように、実施例２の照明装置２１は、集光レンズ９からの平行光ＰＲを直交２軸（Ｘ−Ｙ）方向へスキャンできるように構成されている。照明装置２１のベース３には、開口部４の内側に四角環状の回動体２２が配置され、回動体２２の内側にステージ５がＹ方向のトーションバー６で支持されている。回動体２２はトーションバー６と直交するＸ方向のトーションバー２３でベース３に支持され、ステージ５および回動体２２が別々の走査用アクチュエータ７，２４によって駆動される。

一方の走査用アクチュエータ７は、実施例１と同様に、永久磁石１０とコイル１１とを備え、ステージ５をＹ軸線の周りで駆動する。他方の走査用アクチュエータ２４は、トーションバー２３と直交する方向の磁界を形成する一対の永久磁石２５と、回動体２２に駆動電流を流すコイル２６とを備え、回動体２２をＸ軸線の周りで駆動する。ステージ５上の集光レンズ９は、後方焦点がＹ軸線とＸ軸線の交点に位置するように、ホルダ８によって保持されている。光源１６は、実施例１と同様、発光部の中心が集光レンズ９の後方焦点Ｆと一致するように、ブラケット１７（図２参照）上に固定されている。

この照明装置２１において、走査用アクチュエータ７，２４が駆動されると、ステージ５と回動体２２の往復回動により、集光レンズ９がＸ軸線とＹ軸線の交点を中心として揺動する。この交点位置には集光レンズ９の後方焦点Ｆが配置されるとともに、同じ位置に光源１６が固定されているので、実施例１と同様、光源１６からの光が集光レンズ９を透過したのちに平行光ＰＲとして出射される。したがって、ステージ５および回動体２２の往復回動に伴い、集光レンズ９からの平行光ＰＲによりレンズ９前方の照明領域を直交２軸方向へ広範囲にかつ明るくスキャンすることができる。

図６に示すように、実施例３の照明装置３１は、ベース３上に複数の照明モジュール３２を装備している。各モジュール３２は、実施例１の照明装置１と同様に構成され、走査用アクチュエータ７がステージ５と集光レンズ９を一体に往復回動する。そして、集光レンズ９の後方焦点と光源（図示略）をステージ５の回動軸線上の同じ位置に配置し、集光レンズ９が出射した平行光ＰＲで所定の照明領域をスキャンするように構成されている。この構成によれば、各モジュール３２のアクチュエータ７および光源を個別に制御することで、配光パターンを多様に変化させることができる。なお、モジュール３２を実施例２の照明装置２１と同様に構成することも可能である。

図７に示すように、実施例４の照明装置４１は車両用前照灯４２に装備されている。車両用前照灯４２は車体前部に設置されるハウジング４３を備え、ハウジング４３の内部に照明装置４１がベース３を車両前方に向けた姿勢でブラケット４４によって設置されている。ベース３の前面には、実施例１または実施例２の照明装置１，２１と同様に構成された照明モジュール４５が所要数配列され、集光レンズ９が出射した平行光ＰＲで車両前方の所定の照明領域を明るくスキャンする。前照灯ハウジング４３の底部には、各モジュール４５を個別に制御する制御ユニット４６が設置され、車両の安全走行に適した配光パターンを形成できるようになっている。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば、集光レンズ９にフレネルレンズを使用したり、ブラケット１７をケーシング２の底部に取り付けることで、光源１６とヒートシンク１８をベース３に固定したりするなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の形状や構成を適宜に変更して実施することも可能である。

本発明による実施例１の照明装置を示す斜視図である。 実施例１の照明装置の断面図である。 実施例１の照明装置の動作説明図である。 本発明による実施例２の照明装置を示す斜視図である。 実施例２の照明装置の平面図である。 本発明による実施例３の照明装置を示す斜視図である。 本発明による実施例４の照明装置を示す車両用前照灯の断面図である。 従来の照明装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 照明装置（実施例１）
３ ベース
５ ステージ
７ 走査用アクチュエータ
９ 集光レンズ
１６ 光源
１８ ヒートシンク
２１ 照明装置（実施例２）
２４ 走査用アクチュエータ
３１ 照明装置（実施例３）
３２ 照明モジュール
４１ 照明装置（実施例４）
４２ 車両用前照灯
４３ 前照灯ハウジング
４５ 照明モジュール
ＰＲ 平行光

Claims (2)

1. 回動可能なステージと、ステージを駆動する駆動手段とを備え、ステージ上に集光レンズを後方焦点がステージの回動軸線上に位置するように設け、集光レンズの後方焦点と同じ位置に光源を固定し、光源からの光を集光レンズに透過させ、集光レンズが出射した略平行光をステージの往復回動により所定の照明領域でスキャンすることを特徴とする照明装置。
2. 前記ステージを回動可能に支持するベースを備え、ベースに前記光源と、光源の発熱を放散させるヒートシンクとを固定した請求項２記載の照明装置。

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