JP2011171002A - 光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光源によって一体的な配光パターンを均一に形成する。
【解決手段】光学ユニットにおいて、複数の発光モジュールは、発光面２２ａが互いに離間するよう配置される。複数の第１レンズ３０は、複数の発光モジュールの各々にそれぞれが対応するよう設けられ、対応する発光モジュールからの出射光を各々が集光することにより、所定の仮想面上において互いに縁部が接して一列に並ぶ複数の個別光源像Ａを形成する。第２レンズは、複数の個別光源像Ａを灯具前方に投影する。複数の第１レンズ３０の各々は、形成すべき個別光源像Ａの縁部のうち隣の個別光源像Ａに接する接触縁部Ａ１に、対応する発光モジュールの発光面２２ａの縁部のうち接触縁部Ａ１と自身の光軸を挟んだ反対側の縁部からの出射光を集光する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学ユニットに関し、特に、複数の光源を有する光学ユニットに関する。

従来より、複数の光源によって投影レンズの後方焦点面にそれぞれ隣接する個別の光源像を形成し、一体的な配光パターンを形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このように複数の光源を用いて一体的な配光パターンを形成することによって、複数の光源の各々による光の照射を制御することで、例えば前走車が存在する領域のみ他の領域よりも光量を落として前走車の運転者に与えるグレアを抑制するなどが可能となる。

特開２００７−１７９９６９号公報

しかしながら、個別の配光パターンの各々は、境界部分に近づくに従って光量が低下しやすいため、このように複数の光源を用いて一体的な配光パターンを形成する場合、隣接する個別の配光パターンの境界部分において暗部が生じやすい。一方、暗部を抑制するために個別の配光パターン同士をオーバーラップさせた場合、いずれかの個別の配光パターンの光量を落としても隣接する個別の配光パターンの光が残るため、グレアを与える可能性が残ることになる。

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の光源によって一体的な配光パターンを均一に形成することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の光学ユニットは、発光面が互いに離間するよう配置された複数の光源と、複数の光源の各々にそれぞれが対応するよう設けられ、対応する光源からの出射光を各々が集光することにより、所定の仮想面上において互いに縁部が接して一列に並ぶ複数の光源像を形成する複数の第１レンズと、複数の光源像の投影像を灯具前方に投影する第２レンズと、を備える。複数の第１レンズの各々は、形成すべき光源像の縁部のうち隣の光源像に接する接触縁部に、対応する光源の発光面の縁部のうち接触縁部と自身の光軸を挟んだ反対側の縁部からの出射光を集光する。

この態様によれば、複数の光源によって形成される各々の光源像において、接触縁部より外側にはみ出す光を抑制するとともに、接触縁部に近づくにしたがって光量が低下することを回避できる。このため、隣接する境界部分における光量の低下を抑制することができ、一体的な配光パターンを均一に形成することができる。

本発明のある態様の光学ユニットは、複数の第１レンズのうち隣り合う２つの第１レンズを仕切るよう延在する仕切り部材をさらに備えてもよい。

この態様によれば、隣り合う光源像への影響をさらに低減させることができる。このため、例えば隣接する他の光源像への光の漏れを抑制することができ、グレアの付与をさらに低減させることができる。

第２レンズは、後方焦点面が曲面となるよう形成され、複数の光源は、発光面が後方焦点面に平行な第１仮想曲面上に位置するよう配置され、複数の第１レンズは、後方焦点面と第１仮想曲面との間において、後方焦点面に平行な第２仮想曲面上に配置されてもよい。

投影レンズの後方焦点面は一般的に湾曲することが知られている。この態様によれば、このように湾曲する後方焦点面にも一体的な光源像を均一に形成することができ、一体的な配光パターンをより均一に形成することができる。

複数の光源および複数の第１レンズは、隣り合う光源像を形成する同士が接触縁部と平行な方向にずらして配置されていてもよい。

この態様によれば、隣り合う光源像の相対的な位置の自由度を高めることができる。このため、一体的な配光パターンを均一に形成することができるよう、隣り合う光源像を適切に配置することができる。

本発明によれば、複数の光源によって一体的な配光パターンを均一に形成することができる。

第１の実施形態に係る光学ユニットの上面図である。 第１の実施形態に係る第１レンズユニットの周辺の拡大図である。 第１レンズを通過する光の光路を模式的に示す図である。 比較例に係る第１レンズを通過する光の光路を模式的に示す図である。 第１レンズを用いて形成した配光パターンの照度分布を示す図である。 （ａ）は、第１レンズを用いて形成した配光パターンを示す図であり、（ｂ）は、水平線における配光パターンの照度分布を示す図であり、（ｃ）は、鉛直線における配光パターンの照度分布を示す図である。 第１の実施形態に係る第１レンズを通過する光の光路を模式的に示す図である。 第１レンズを用いて形成した配光パターンの照度分布を示す図である。 （ａ）は、第１レンズを用いて形成した配光パターンを示す図であり、（ｂ）は、水平線における配光パターンの照度分布を示す図であり、（ｃ）は、鉛直線における配光パターンの照度分布を示す図である。 第２の実施形態に係る光学ユニットの上面図である。 第２の実施形態に係る第１レンズユニットの周辺の拡大図である。 第３の実施形態に係る光学ユニットの斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光学ユニット１０の上面図である。光学ユニット１０は、第２レンズ１２、第１レンズユニット１４、および発光ユニット１６を有する。発光ユニット１６は、発光モジュール基板１８およびヒートシンク２０を有する。

第２レンズ１２は、いわゆる投影レンズであり、灯具前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなり、その後方焦点面上に形成される光源像の投影像を反転像として灯具前方に投影する。ヒートシンク２０は発光モジュール基板１８に取り付けられており、発光モジュール基板１８に実装された発光モジュールが発する熱を放熱する。

図２は、第１の実施形態に係る第１レンズユニット１４の周辺の拡大図である。発光モジュール基板１８は、基板２４に複数の発光モジュール２２が実装されて構成されている。なお、発光モジュール２２の発光面２２ａには、発せられた光が発光面２２ａと概ね垂直に進むよう集光するレンズが設けられている。なお、このようなレンズが設けられていなくてもよい。

第１の実施形態では発光モジュール２２は５個設けられているが、発光モジュール２２の数が５個に限られないことは勿論である。発光モジュール２２には、光源として機能する半導体発光素子であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）が採用されている。発光モジュール２２は白色光を発するよう設けられている。具体的には、発光モジュール２２は、青色光を発する青色ＬＥＤを、青色光を黄色光に変換する蛍光体で覆うことによって構成されている。発光モジュール２２は、発光面２２ａが矩形に形成されている。なお、発光モジュール２２の構成がこれに限られないことは勿論である。

複数の発光モジュール２２は、平らな基板２４に、水平方向に並ぶよう実装されている。このとき複数の発光モジュール２２は、発光面２２ａが互いに離間するよう配置されている。また、複数の発光モジュール２２は、中央の発光モジュール２２の中央を第２レンズ１２の光軸Ｘ１が通過するよう配置される。

第１レンズユニット１４は、複数の第１レンズ３０、および複数の仕切り部材３２を有する。複数の第１レンズ３０は、複数の発光モジュール２２の各々にそれぞれが対応するよう設けられている。したがって、第１の実施形態では第１レンズ３０は５個設けられている。複数の第１レンズ３０の各々は、対応する発光モジュール２２の発光面２２ａの前方に位置するよう、水平方向に並設される。

複数の仕切り部材３２の各々は板状に形成され、隣の第１レンズ３０に光が入射しないよう遮光する遮光板として機能する。複数の仕切り部材３２の各々は、隣り合う２つの第１レンズ３０を仕切るよう延在する。第１の実施形態では、端に配置された第１レンズ３０に対して、隣に第１レンズ３０がない端側にも仕切り部材３２が設けられている。したがって仕切り部材３２は、第１レンズ３０の間に４枚、端側に２枚の計６枚が設けられている。なお、端側の２枚の仕切り部材３２は削除されてもよい。

図３は、第１レンズ３０を通過する光の光路を模式的に示す図である。第２レンズ１２の後方焦点面Ｙは、実際では曲面状に形成されているが、ここでは後方焦点面Ｙは便宜上平面として図示している。複数の第１レンズ３０は、対応する発光モジュール２２の発光面２２ａからの出射光を各々が集光することにより、後方焦点面Ｙ上において互いに縁部が接して一列に並ぶ複数の個別光源像Ａを形成する。第２レンズ１２は、こうして形成された複数の個別光源像Ａの投影像を灯具前方に投影し、一体的な配光パターンを形成する。

このように複数の光源を利用して隣接する複数の個別光源像を形成する場合、その境界部分において暗部が生じる場合がある。このような暗部が存在していると、形成される配光パターンの照度を全体にわたって均一にすることが困難となる。

そこで第１の実施形態では、複数の第１レンズ３０の各々は、形成すべき個別光源像Ａの縁部のうち隣の個別光源像Ａに接する接触縁部Ａ１に、対応する発光モジュール２２の発光面２２ａの縁部２２ｂのうち接触縁部Ａ１と自身の光軸Ｘ２を挟んだ反対側の縁部２２ｂからの出射光を集光する。これにより、接触縁部Ａ１周辺における暗部を抑制でき、一体的な配光パターンの照度を全体にわたって均一にすることができる。

［比較例］
図４は、比較例に係る第１レンズ１３０を通過する光の光路を模式的に示す図である。光学ユニットの構成は、第１レンズ３０に代えて第１レンズ１３０を用いた以外は、第１の実施形態と同様である。

図４に示すように、第１レンズ１３０は、第１レンズ３０よりも大きい個別光源像Ｂを形成し、隣の個別光源像Ｂにオーバーラップする個別光源像Ｂを形成する。したがって、第１レンズ１３０は、形成すべき個別光源像Ｂの縁部のうち隣の個別光源像Ｂに接する接触縁部に、対応する発光モジュール２２の発光面２２ａの縁部２２ｂのうち接触縁部と自身の光軸を挟んだ反対側の縁部２２ｂからの出射光を集光していない。

図５は、第１レンズ１３０を用いて形成した配光パターンの照度分布を示す図である。図６（ａ）は、第１レンズ１３０を用いて形成した配光パターンを示す図であり、図６（ｂ）は、水平線における配光パターンの照度分布を示す図であり、図６（ｃ）は、鉛直線における配光パターンの照度分布を示す図である。なお、図５および図６（ａ）〜図６（ｃ）は、５つの発光モジュール２２のうち一つを消灯させたときを表している。

図５に示すように、個別光源像の境界部分には暗部が生じている。また、図６（ｂ）に示すように、照度が境界部分で低下しており、照度分布に谷が生じている。このように、第１レンズ１３０では、形成される配光パターンの均一性に改善の余地が見られる。

［第１の実施形態］
図７は、第１の実施形態に係る第１レンズ１３０を通過する光の光路を模式的に示す図である。図７に示すように、第１レンズ３０は、形成すべき個別光源像Ａの縁部のうち隣の個別光源像Ａに接する接触縁部Ａ１に、対応する発光モジュール２２の発光面２２ａの縁部２２ｂのうち接触縁部Ａ１と自身の光軸Ｘ２を挟んだ反対側の縁部２２ｂからの出射光を集光する。

図８は、第１レンズ１３０を用いて形成した配光パターンの照度分布を示す図である。図９（ａ）は、第１レンズ１３０を用いて形成した配光パターンを示す図であり、図９（ｂ）は、水平線における配光パターンの照度分布を示す図であり、図９（ｃ）は、鉛直線における配光パターンの照度分布を示す図である。なお、図８および図９（ａ）〜図９（ｃ）もまた、５つの発光モジュール２２のうち一つを消灯させたときを表している。

図８に示すように、個別光源像の境界部分には暗部がほとんど生じていない。また、図９（ｂ）に示すように、照度分布に谷が生じていない。このように、第１レンズ３０を用いることによって、形成される配光パターンを均一なものとすることができる。

（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態に係る光学ユニット６０の上面図である。以下、第１の実施形態と同様の個所は同一の符号を付して説明を省略する。

光学ユニット６０は、第２レンズ１２、第１レンズユニット６２、および発光ユニット６３を有する。発光ユニット６３は、複数の発光モジュール基板７０がヒートシンク７２に取り付けられて構成されている。複数の発光モジュール基板７０の各々は、発光モジュール７４が基板７６に実装されて構成されている。発光モジュール７４の形状や構成は第１の実施形態に係る発光モジュール２２と同様である。

第２レンズ１２は、後方焦点面Ｙが曲面となるよう形成される。第２の実施形態では、複数の発光モジュール２２は、曲面状の後方焦点面Ｙに平行な第１仮想曲面Ｚ１上に発光面２２ａが位置するよう配置される。第１レンズユニット６２は、複数の個別レンズユニット６４を有している。複数の個別レンズユニット６４の各々は、複数の発光モジュール基板７０の各々の前方にそれぞれが配置されている。

図１１は、第２の実施形態に係る第１レンズユニット６２の周辺の拡大図である。個別レンズユニット６４の各々は、第１レンズ３０および仕切り部材６８を有する。複数の発光モジュール７４は、発光面７４ａが後方焦点面Ｙに平行な第１仮想曲面Ｚ１上に位置するよう配置される。

複数の第１レンズ３０は、複数の発光モジュール７４の各々にそれぞれが対応するよう設けられている。したがって、第２の実施形態においても第１レンズ３０は５個設けられている。複数の第１レンズ３０の各々は、対応する発光モジュール７４の発光面７４ａの前方に位置するよう配置される。このとき複数の第１レンズ３０は、後方焦点面Ｙと第１仮想曲面Ｚ１との間において、後方焦点面Ｙに平行な第２仮想曲面Ｚ２上にその中心が位置するよう配置される。これにより、曲面状の後方焦点面Ｙに対応した個別光源像を形成することができる。

第２の実施形態では、各々の第１レンズ３０の両側部に仕切り部材６８が配置される。仕切り部材６８は板状に設けられており、隣の第１レンズ３０に光が入射しないよう遮光する遮光板として機能する。なお、複数の仕切り部材６８の各々は、第１レンズ３０のうち、隣り合う２つの第１レンズ３０を仕切るよう延在するよう配置されてもよい。

（第３の実施形態）
図１２は、第３の実施形態に係る光学ユニット８０の斜視図である。以下、上述の実施形態と同様の個所は同一の符号を付して説明を省略する。

第３の実施形態に係る光学ユニット８０は、複数の発光モジュール７４および複数の第１レンズ３０を有する。第３の実施形態においても、発光モジュール７４および第１レンズ３０はそれぞれ５個設けられている。第３の実施形態に係る光学ユニット８０は、発光モジュール７４および第１レンズ３０の配置以外は、第１の実施形態に係る光学ユニット１０と同様に構成される。

複数の第１レンズ３０は、対応する発光モジュール２２の発光面２２ａからの出射光を各々が集光することにより、後方焦点面Ｙ上において互いに縁部が接して一列に並ぶ複数の個別光源像を形成する。しかし第３の実施形態では、複数の発光モジュール７４および複数の第１レンズ３０は、隣り合う個別光源像を形成する同士が接触縁部と平行な方向にずらして配置されている。

具体的には、５個の発光モジュール７４および５個の光学ユニット８０は、灯具前方から見て左から水平方向に並ぶ個別光源像Ａ１１〜Ａ１５を形成し、これにより一体的な配光パターンを形成する。５個の発光モジュール７４および５個の第１レンズ３０は、１つ毎に上下に配置される。このため、個別光源像Ａ１１、Ａ１３、およびＡ１５は、上方において水平方向に並設された３個の発光モジュール７４および３個の第１レンズ３０によって形成される。また、個別光源像Ａ１２およびＡ１４は、下方において水平方向に並設された２個の発光モジュール７４および２個の光学ユニット８０によって形成される。

このように隣り合う個別光源像を形成する発光モジュール７４および光学ユニット８０を接触縁部Ａ１と平行にずらすことによって、設計時に個別光源像同士の間隔を簡易に設定することができる。このため、一体的な配光パターンをより均一にすることが可能となる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を本実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０ 光学ユニット、 １２ 第２レンズ、 １４ 第１レンズユニット、 １６ 発光ユニット、 ２２ 発光モジュール、 ２２ａ 発光面、 ３０ 第１レンズ、 ３２ 仕切り部材、 ６６ 第１レンズ、 ６８ 仕切り部材。

Claims (4)

1. 発光面が互いに離間するよう配置された複数の光源と、
   前記複数の光源の各々にそれぞれが対応するよう設けられ、対応する光源からの出射光を各々が集光することにより、所定の仮想面上において互いに縁部が接して一列に並ぶ複数の光源像を形成する複数の第１レンズと、
   前記複数の光源像の投影像を灯具前方に投影する第２レンズと、
   を備え、
   前記複数の第１レンズの各々は、形成すべき光源像の縁部のうち隣の光源像に接する接触縁部に、対応する光源の発光面の縁部のうち前記接触縁部と自身の光軸を挟んだ反対側の縁部からの出射光を集光することを特徴とする光学ユニット。
2. 前記複数の第１レンズのうち隣り合う２つの第１レンズを仕切るよう延在する仕切り部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記第２レンズは、後方焦点面が曲面となるよう形成され、
   前記複数の光源は、発光面が前記後方焦点面に平行な第１仮想曲面上に位置するよう配置され、
   前記複数の第１レンズは、前記後方焦点面と前記第１仮想曲面との間において、前記後方焦点面に平行な第２仮想曲面上に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学ユニット。
4. 前記複数の光源および前記複数の第１レンズは、隣り合う光源像を形成する同士が前記接触縁部と平行な方向にずらして配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学ユニット。

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