JP2018116895A - 光学ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】回転リフレクタの回転位置を検出する新たな構成を提供する。
【解決手段】光学ユニット５０は、光源から出射した光を反射し、反射した反射光を走査することで配光パターンを形成するように構成された回転リフレクタ２４と、回転リフレクタ２４を回転させる回転駆動部としてのモータ５２、回転リフレクタ２４の所定の基準箇所に取り付けられたマグネット５４と、マグネット５４が所定位置を通過するタイミングを示す位置検出信号を生成するホール素子５６と、備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、光学ユニットに関し、特に車両用灯具に用いられる光学ユニットに関する。
近年、車両の周囲の状態に基づいて、ハイビームの配光パターンを動的、適応的に制御するＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）技術が提案されている。ＡＤＢ技術は、車両の前方の先行車、対向車や歩行者の有無を検出し、車両あるいは歩行者に対応する領域を減光するなどして、車両あるいは歩行者に与えるグレアを低減するものである。
本出願人は、これらの問題点を解決可能なＡＤＢ方式として、ブレードスキャン方式を提案している。ブレードスキャン方式とは、回転するリフレクタ（ブレード）に光を入射し、リフレクタの回転位置に応じた角度で入射光を反射して反射光を車両前方で走査しつつ、光源の点消灯あるいは光量を、リフレクタの回転位置に応じて変化させることで、車両前方に、所望の配光パターンを形成するものである。
また、所望の配光パターンを形成するためには、リフレクタの回転位置に応じて入射光の光量を制御する必要があり、リフレクタの回転位置を検出する必要がある。例えば、スリットが設けられたリフレクタの裏側にフォトセンサを設けることで、スリットがフォトセンサの上を通過したことを検知する技術が知られている（特許文献１参照）。
一方、ランプ光の照射方向を追従変化させるランプ偏向角度制御手段を備えた灯具も考案されている。この灯具では、ランプを偏向動作させるためのモータが設けられており、モータは、モータの回転位置を検出する回転位置検出手段としてホール素子を備えている（特許文献２参照）。
国際公開第１６／１０４３１９号パンフレット 特開２００２−３２６５３５号公報
上述のフォトセンサでリフレクタの回転位置を検出する方法は、リフレクタを挟んでフォトセンサと位置検出用の発光部とを設ける必要がある。その結果、各部品を設置するスペースが余分に必要となる。一方、モータが備えるホール素子を用いてモータの回転子の位置を検出することは可能であるが、モータやリフレクタの構成に制約が生じる場合がある。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回転リフレクタの回転位置を検出する新たな構成を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の光学ユニットは、光源から出射した光を反射し、反射した反射光を走査することで配光パターンを形成するように構成された回転リフレクタと、回転リフレクタを回転させる回転駆動部と、回転リフレクタの所定の基準箇所に取り付けられた磁石と、磁石が所定位置を通過するタイミングを示す位置検出信号を生成する検出部と、備える。
この態様によると、回転リフレクタに取り付けられた磁石を用いて位置検出信号を生成できる。そのため、モータが有する磁石を用いて位置検出信号を生成する場合とは異なり、検出部を設ける際に、モータが有する磁石の構成や回転リフレクタの構成からあまり制約を受けずに済む。
回転リフレクタは、回転軸の周囲に複数のブレードが設けられており、隣接するブレード間にスリットまたは連結部が形成されており、磁石は、スリットの近傍の所定の基準位置に取り付けられていてもよい。これにより、スリットが所定位置を通過するタイミングを示す位置検出信号を生成できる。
磁石は、回転リフレクタの反射面と反対側に取り付けられていてもよい。これにより、光源から出射した光が回転リフレクタの反射面で反射される際に磁石が光を遮らない。
回転駆動部は、ブラシレスモータであってもよい。これにより、光学ユニットの短時間での起動やコギングトルクの低減が可能となる。
検出部は、ブラシレスモータのロータと回転リフレクタとの間の領域に配置されていてもよい。これにより、回転リフレクタに取り付けられた磁石に検出部をより近づけることができる。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。また、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
本発明によれば、回転リフレクタの回転位置を検出する新たな構成を提供できる。
車両用前照灯の水平断面図である。 回転リフレクタの正面図である。 回転リフレクタの斜視図である。 本実施の形態に係る光学ユニットの断面図である。 本実施の形態に係る磁石と検出部との位置関係を説明するための図である。 本実施の形態の変形例に係る磁石と検出部との位置関係を説明するための図である。
以下、本発明を実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述される全ての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
本発明の光学ユニットは、種々の車両用灯具に用いることができる。以下では、車両用灯具のうち車両用前照灯に本発明の光学ユニットを適用した場合について説明する。
［車両用前照灯］
はじめに、本実施の形態に係る光学ユニットを搭載しうる車両用前照灯の概略について説明する。図１は、車両用前照灯の水平断面図である。図１に示す車両用前照灯１０は、自動車の前端部の左側に搭載される左側前照灯であり、右側に搭載される前照灯と左右対称である以外は同じ構造である。そのため、以下では、左側の車両用前照灯１０について詳述し、右側の車両用前照灯については説明を省略する。
図１に示すように、車両用前照灯１０は、前方に向かって開口した凹部を有するランプボディ１２を備えている。ランプボディ１２は、その前面開口が透明な前面カバー１４によって覆われて灯室１６が形成されている。灯室１６は、ランプユニット１８が収容される空間として機能する。
ランプユニット１８は、ブレードスキャン方式のＡＤＢ技術を採用したユニットであり、いわゆる可変ハイビームを照射するように構成されている。ランプユニット１８は、光学ユニット２０および投影レンズ２２を備える。光学ユニット２０は、回転リフレクタ２４と、光源２６と、を備える。投影レンズ２２は、例えば凸レンズが用いられる。凸レンズの形状は、要求される配光パターンや照度分布などの配光特性に応じて適宜選択すればよいが、非球面レンズや自由曲面レンズが用いられる。また、投影レンズ２２の周囲には、エクステンションリフレクタ２３が設けられている。
回転リフレクタ２４は、駆動源であるモータ３０により回転軸Ｒを中心に一方向に回転しながら、光源２６から出射した光を反射し、反射した反射光を走査することで配光パターンを形成するように構成されている。また、回転リフレクタ２４は、光源２６から出射した光を回転しながら反射し、所望の配光パターンを形成するように構成された環状の反射領域２４ａを備えている。
光源２６は、短時間で点消灯を制御できるものが好ましく、例えば、ＬＥＤやＬＤ、ＥＬ素子等の半導体発光素子が好適である。
モータ３０は、基板３２に搭載されている。基板３２は、ヒートシンク３４の搭載面３４ａに搭載され、固定されている。搭載面３４ａは、基板３２が搭載された状態で、回転リフレクタ２４の回転軸Ｒが光軸Ａｘあるいは車両前方方向に対して傾斜するように構成されている。
光源２６は、基板３６に搭載されている。また、光源２６の光出射方向であって、回転リフレクタ２４との間にはプライマリ光学系としてのレンズ３８が設けられている。レンズ３８は、光源２６から出射した光が回転リフレクタ２４の反射領域２４ａに向かうように、光源２６の出射光を集光する。基板３６は、ヒートシンク４０に搭載されている。ヒートシンク３４およびヒートシンク４０は、金属製の板状の支持部材４２に固定されている。そして、ランプユニット１８は、支持部材４２を介して、エイミングスクリュー４４とナット４６を使用した手段によりランプボディ１２に対して傾動自在に支持されている。
制御回路４８は、前述の光源２６およびモータ３０と各基板を介して接続されており、光源２６やモータ３０の制御を行う信号の送信や、後述する検出部で検出した信号の受信を行う。
図２は、回転リフレクタ２４の正面図である。図３は、回転リフレクタ２４の斜視図である。
回転リフレクタ２４は、反射面として機能する、形状の同じ２枚のブレード２４ｂが筒状の回転部２４ｃの周囲に設けられている。隣接するブレード間には、スリット２５が形成されている。回転リフレクタ２４の回転軸Ｒは、前述のように光軸Ａｘに対して斜めになっており、光軸Ａｘと光源２６とを含む平面内に設けられている。換言すると、回転軸Ｒは、回転によって左右方向に走査する光源２６の光（照射ビーム）の走査平面に略平行に設けられている。これにより、光学ユニットの薄型化が図られる。ここで、走査平面とは、例えば、走査光である光源２６の光の軌跡を連続的につなげることで形成される扇形の平面ととらえることができる。
また、回転リフレクタ２４のブレード２４ｂの形状は、反射による光源２６の２次光源が投影レンズ２２の焦点付近に形成されるように構成されている。また、ブレード２４ｂは、回転軸Ｒを中心とする周方向に向かうにつれて、光軸Ａｘと反射面とが成す角が変化するように捩られた形状を有している。これにより、光源２６の光（光源像）を用いた走査が可能となる。
（光学ユニット）
図４は、本実施の形態に係る光学ユニットの断面図である。図５は、本実施の形態に係る磁石と検出部との位置関係を説明するための図である。図４に示す光学ユニット５０は、図１に示す光学ユニット２０に相当するものであり、光学ユニット２０と重複する構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。また、図５は、回転リフレクタ２４の裏面側（反射領域２４ａと反対側）から見た様子である。
光学ユニット５０は、光源２６から出射した光を反射し、反射した反射光を走査することで配光パターンを形成するように構成された回転リフレクタ２４と、回転リフレクタ２４を回転させる回転駆動部としてのモータ５２と、回転リフレクタ２４の所定の基準箇所に取り付けられた円板状のマグネット５４と、マグネット５４が所定位置を通過するタイミングを示す位置検出信号を生成する検出部としてのホール素子５６と、備える。
本実施の形態に係るモータ５２は、三相式ブラシレスモータである。モータ５２は、車両用前照灯１０の灯室１６内に設けられている固定部材５８に固定されるケース６０と、ケース６０の内部に配置されているプリント基板６２と、円筒状のヨーク６４と、ヨーク６４の底部６４ａの中心に形成されている開口部６４ｂに一端部６６ａが固定されている回転シャフト６６と、を備える。回転シャフト６６の他端部６６ｂには、回転リフレクタ２４が固定されている。
ヨーク６４の内壁には、一つの円筒状のロータマグネット６８（または複数の円弧状のロータマグネット）が固定されている。ケース６０の中心には円筒状の中空ボス７０が固定されている。中空ボス７０は、軸受７２を介して回転シャフト６６を回転自在に支持している。中空ボス７０の外周には環状のステータコイル７４が固定されている。ステータコイル７４は、複数個の放射状腕を有する花弁状に形成されたコア７６を有しており、各放射状腕にコイル７８が巻回されている。各コイル７８の各端子はプリント基板６２に電気的に接続され、このプリント基板６２を通して三相の電流（直流または交流）がステータコイル７４に供給される。
プリント基板６２の一方の面にはロータ８２の円周方向に沿って所要の間隔で並んだ複数個のホール素子８０が配列され、支持されている。また、ロータ８２とともにロータマグネット６８が回転した際には、各ホール素子８０における磁界が変化し、各ホール素子のオン、オフ状態が変化することで、ロータ８２の回転周期に対応したパルス信号が出力される。
また、プリント基板６２の他方の面にはホール素子５６が配置されている。ホール素子５６は、回転リフレクタ２４の裏面側に固定されたマグネット５４の磁極間（磁束の向きが切り替わる領域）が所定位置（例えばホール素子５６の上面）を通過するタイミングを示す位置検出信号を生成する。
これにより、回転リフレクタ２４に取り付けられたマグネット５４を用いて位置検出信号を生成できる。そのため、モータ５２が有するロータマグネット６８を用いて位置検出信号を生成する場合とは異なり、ホール素子５６を設ける際に、モータ５２が有するロータマグネット６８の磁極数や回転リフレクタ２４のブレードの数（スリットの数）からあまり制約を受けずに済む。
ここで、回転リフレクタ２４の所定の基準箇所とは、そこにマグネットを取り付けた場合に、回転リフレクタ２４の回転位置を特定可能な位置検出信号を検出部が生成できる場所であればよい。したがって、基準箇所は回転リフレクタ２４のスリット２５近傍、ブレード２４ｂの回転部２４ｃ近傍といった特徴的な場所だけでなく、ブレード２４ｂの中央領域やスリット２５から少し離れた場所であってもよい。この場合、位置検出信号が生成されるタイミングに対して、マグネットの磁極が取り付けられた基準箇所とスリット２５等の特徴的な場所との位置関係や回転リフレクタ２４の回転速度から求められる調整時間を加味して、光源２６の点消灯を制御してもよい。
本実施の形態に係る回転リフレクタ２４は、回転部２４ｃの周囲に複数のブレード２４ｂが設けられており、隣接するブレード２４ｂ間にスリット２５が形成されている。マグネット５４は、磁極間の領域がスリット２５の回転部２４ｃ近傍に位置するように回転リフレクタ２４に取り付けられている。これにより、スリット２５が所定位置を通過するタイミングを示す位置検出信号を生成できる。なお、隣接するブレード２４ｂを連結部で連結し、その連結部にマグネットの磁極間の領域が位置するようにしてもよい。
本実施の形態に係るマグネット５４は、回転リフレクタ２４の反射領域２４ａと反対側に取り付けられている。これにより、光源２６から出射した光が回転リフレクタ２４の反射領域２４ａで反射される際にマグネット５４が光を遮らない。また、環状のマグネット５４は対称性の高い形状であるため、マグネット５４を回転リフレクタ２４に取り付けた場合の重心のずれが抑えられ、回転リフレクタ２４が高速回転（例えば１０００〜２０００ｒｐｍ）した際の振動や偏心が抑えられる。
本実施の形態に係るモータ５２は、三相ブラシレスモータが好適である。これにより、光学ユニット５０の短時間での起動やコギングトルクの低減が可能となる。
本実施の形態に係るホール素子５６は、モータ５２のロータ８２と回転リフレクタ２４との間の領域に配置されている。これにより、回転リフレクタ２４に取り付けられたマグネット５４にホール素子５６をより近づけることができる。
（変形例）
図６は、本実施の形態の変形例に係る磁石と検出部との位置関係を説明するための図である。図６に示すマグネット８４は、表裏がＮ極、Ｓ極となっている２極のマグネットである。また、マグネット８４は、一方のスリット２５の回転部２４ｃ近傍に配置されている。ホール素子５６は、回転リフレクタ２４の裏面側に固定されたマグネット８４の磁極（磁束の大きさがピークとなる領域）が所定位置（例えばホール素子５６の上面）を通過するタイミングを示す位置検出信号を生成する。
上述のように、回転リフレクタ２４の位置検出信号を生成するホール素子５６を、ロータ８２のロータマグネット６８の位置を検出するホール素子８０とは別に設けることで、モータ５２の構成の制約を受けることなく、回転リフレクタ２４の構成に応じた位置検出を実現できる。
また、回転リフレクタ２４の所定領域に位置検出用のマグネットを取り付けることにより、回転リフレクタ２４とモータ５２の回転シャフト６６との組み付けに誤差が生じても、位置検出信号の検出タイミングとスリットの位置との関係に直接影響を与えない。そのため、回転シャフト６６に回転リフレクタ２４の回転部２４ｃを圧入する際に、回転リフレクタ２４の回転位置を考慮せずに組み付けることができる。その結果、製造時において、回転リフレクタ２４を任意の回転位置で回転シャフト６６に圧入するだけの簡単な工程で光学ユニットを製造できる。
以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の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の形態も本発明の範囲に含まれうる。
例えば、上述の態様の光学ユニットにおいては、ブレード間に必ずしもスリットがなくてもよい。また、回転リフレクタにおけるブレードの数は、らせん状の一枚のブレードであってもよい。また、ブレードが３枚以上であってもよい。
１０ 車両用前照灯、 １８ ランプユニット、 ２０ 光学ユニット、 ２４ 回転リフレクタ、 ２４ａ 反射領域、 ２４ｂ ブレード、 ２４ｃ 回転部、 ２５ スリット、 ２６ 光源、 ３０ モータ、 ３２ 基板、 ５０ 光学ユニット、 ５２ モータ、 ５４ マグネット、 ５６ ホール素子、 ５８ 固定部材、 ６０ ケース、 ６２ プリント基板、 ６６ 回転シャフト、 ６８ ロータマグネット、 ８０ ホール素子、 ８２ ロータ、 ８４ マグネット。

Claims (5)

  1. 光源から出射した光を反射し、反射した反射光を走査することで配光パターンを形成するように構成された回転リフレクタと、
    前記回転リフレクタを回転させる回転駆動部と、
    前記回転リフレクタの所定の基準箇所に取り付けられた磁石と、
    前記磁石が所定位置を通過するタイミングを示す位置検出信号を生成する検出部と、
    備えることを特徴とする光学ユニット。
  2. 前記回転リフレクタは、回転軸の周囲に複数のブレードが設けられており、隣接するブレード間にスリットまたは連結部が形成されており、
    前記磁石は、前記スリットの近傍の所定の基準位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
  3. 前記磁石は、前記回転リフレクタの反射面と反対側に取り付けられてい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. 前記回転駆動部は、ブラシレスモータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学ユニット。
  5. 前記検出部は、前記ブラシレスモータのロータと前記回転リフレクタとの間の領域に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光学ユニット。
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