JP2019133825A - 車両用灯具 - Google Patents

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【課題】太陽光の集光による溶損の発生を抑制する新たな光学ユニットを提供する。【解決手段】車両用灯具は、光源と、光源から出射した出射光を回転しながら反射する反射面を有する回転リフレクタ２６と、回転リフレクタで反射された反射光Ｒ１を車両前方に投影する投影レンズと、回転リフレクタ２６と投影レンズとの間に設けられた可動シェード３２と、を備える。可動シェード３２は、反射光Ｒ１を車両前方へ投影する際に該反射光が通過する第１の位置と、投影レンズから入射した入射光Ｌ１の少なくとも一部が回転リフレクタ２６へ到達しないように遮光する第２の位置Ｐ２と、の間で移動可能に構成されている。【選択図】図７

Description

本発明は、車両用灯具に関する。
近年、光源から出射した光を車両前方に反射し、その反射光で車両前方の領域を走査することで所定の配光パターンを形成する装置が考案されている。例えば、光源から出射した光を反射しながら回転軸を中心に一方向に回転する回転リフレクタと、発光素子からなる光源と、を備え、回転リフレクタは、回転しながら反射した光源の光が所望の配光パターンを形成するよう反射面が設けられている。また、反射面で反射した光源の光は、光源像として投影レンズを介して前方に投影される（特許文献１参照）。
国際公開第１５／１２２３０４号
上述の装置では、昼間の太陽光が投影レンズから装置内に入射すると、場合によっては装置内の部品に集光し、部品が溶損するおそれがある。そこで、上述の装置では、太陽光が回転リフレクタのブレード表面に集光しないように、投影レンズと回転リフレクタとの間にシェードが設けられている。
しかしながら、前述のシェードは固定式のため、光源から出射した光を投影レンズに向けて反射して所望の配光パターンを形成するのに必要な、ブレードの反射面上の領域は常に露出していることになる。また、シェードを大きくしすぎると、所望の配光パターンの形成を妨げることにもなる。そのため、投影レンズに入射する太陽光の角度によっては、なおブレード表面の焼損のおそれがある。
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、配光性能を余り低下させずに、太陽光の集光による溶損の発生を抑制する新たな光学ユニット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車両用灯具は、光源と、光源から出射した出射光を回転しながら反射する反射面を有する回転リフレクタと、回転リフレクタで反射された反射光を車両前方に投影する投影レンズと、回転リフレクタと投影レンズとの間に設けられた可動シェードと、を備える。可動シェードは、反射光を車両前方へ投影する際に該反射光が通過する第１の位置と、投影レンズから入射した入射光の少なくとも一部が回転リフレクタへ到達しないように遮光する第２の位置と、の間で移動可能に構成されている。
この態様によると、可動シェードが第２の位置に移動することで、投影レンズから入射した入射光の少なくとも一部が回転リフレクタへ到達しないようにできる。そのため、例えば、昼間のように太陽光が投影レンズから装置内に入射するような状況であっても、太陽光が回転リフレクタの表面に集光しにくくできる。
可動シェードは、第１の位置にあるときに反射光が投影レンズに向かうように形成された開口部と、第２の位置にあるときに入射光の少なくとも一部が回転リフレクタへ到達しないように遮光する遮光部と、を有してもよい。
可動シェードは、回転リフレクタと同軸上に回転軸を有する回転体であってもよい。これにより、回転リフレクタと共通の駆動源で回転させることが可能となる。
回転リフレクタの回転に伴い可動シェードを第１の位置に向かって回動させる移動機構と、回転リフレクタが回転しているときに可動シェードが第１の位置に留まるように規制する規制機構と、回転リフレクタの回転が停止したときに可動シェードを第２の位置に向かって回動させる復元機構と、を更に備えてもよい。これにより、可動シェードを第１の位置と第２の位置との間で移動させるための駆動源を、回転リフレクタを回転駆動させる駆動源とは別個に設けなくてもよい。
可動シェードは、第２の位置にあるときに出射光を投影レンズに向けて反射するように構成されていてもよい。これにより、回転リフレクタが回転していなくても、反射光を車両前方へ投影できる。
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。
本発明によれば、太陽光の集光による溶損の発生を抑制できる。
第１の実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面図である。 本実施の形態に係る光学ユニットを含むランプユニットの構成を模式的に示した上面図である。 図１に示すＡ方向からランプユニットを見た場合の側面図である。 本実施の形態に係るランプユニットの上面図である。 本実施の形態に係るランプユニットの正面図である。 図５に示すランプユニットの凸レンズの図示を省略した正面図である。 図５に示すランプユニットのＢ−Ｂ断面図である。 可動シェードが図６に示す可動シェードの回転位置と異なる位置にある状態を示す正面図である。 遮光部の反射面の他の例を説明するための模式図である。
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。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面図である。車両用前照灯１０は、自動車の前端部の右側に搭載される右側前照灯であり、左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、右側の車両用前照灯１０について詳述し、左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、２つのランプユニット１８、２０が車幅方向に並んで配置された状態で収容される空間として機能する。
これらランプユニットのうち外側、すなわち、右側の車両用前照灯１０にあっては図１に示す上側に配置されたランプユニット２０は、レンズを備えたランプユニットであり、可変ハイビームを照射するように構成されている。一方、これらランプユニットのうち内側、すなわち、右側の車両用前照灯１０にあっては図１に示す下側に配置されたランプユニット１８は、ロービームを照射するように構成されている。
ロービーム用のランプユニット１８は、リフレクタ２２とリフレクタ２２に支持された光源バルブ（白熱バルブ）２４と、不図示のシェードとを有し、リフレクタ２２は図示しない既知の手段、例えば、エイミングスクリューとナット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。
ランプユニット２０は、図１に示すように、回転リフレクタ２６と、ＬＥＤ２８と、回転リフレクタ２６の前方に配置された投影レンズとしての凸レンズ３０と、を備える。なお、ＬＥＤ２８の代わりにＥＬ素子やＬＤ素子などの半導体発光素子を光源として用いてもよい。また、ＬＥＤ２８の代わりに、半導体レーザや、半導体レーザで蛍光体を励起発光する光源を用いてもよいし、これらとＬＥＤの組合せを光源として用いてもよい。特に後述する配光パターンの一部を遮光するための制御には、点消灯が短時間に精度よく行える光源が好ましい。凸レンズ３０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。本実施の形態では、凸レンズ３０として非球面レンズを用いている。
回転リフレクタ２６は、不図示のモータなどの駆動源により回転軸Ｒを中心に一方向に回転する。また、回転リフレクタ２６は、ＬＥＤ２８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反射面を備えている。実施の形態では、回転リフレクタ２６が光学ユニットを構成している。
図２は、本実施の形態に係る光学ユニットを含むランプユニット２０の構成を模式的に示した上面図である。図３は、図１に示すＡ方向からランプユニット２０を見た場合の側面図である。
回転リフレクタ２６は、反射面として機能する、形状の同じ３枚のブレード２６ａが筒状の回転部２６ｂの周囲に設けられている。回転リフレクタ２６の回転軸Ｒは、光軸Ａｘに対して斜めになっており、光軸ＡｘとＬＥＤ２８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ＬＥＤ２８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ＬＥＤ２８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、本実施の形態に係るランプユニット２０においては、備えているＬＥＤ２８は比較的小さく、ＬＥＤ２８が配置されている位置も回転リフレクタ２６と凸レンズ３０との間であって光軸Ａｘよりずれている。そのため、従来のプロジェクタ方式のランプユニットのように、光源とリフレクタとレンズとが光軸上に一列に配列されている場合と比較して、車両用前照灯１０の奥行き方向（車両前後方向）を短くできる。
また、回転リフレクタ２６のブレード２６ａの形状は、反射によるＬＥＤ２８の２次光源が凸レンズ３０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２６ａは、回転軸を中心とする周方向に向かうにつれて光軸Ａｘと反射面とがな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、図２に示すようにＬＥＤ２８の光を用いた走査が可能となる。この点について更に詳述する。
ブレード２６ａの数や形状、回転リフレクタ２６の回転速度は、必要とされる配光パターンの特性や走査される像のちらつきを考慮して実験やシミュレーションの結果に基づいて適宜設定される。また、種々の配光制御に応じて回転速度を変えられる駆動部としてモータが好ましい。これにより、走査するタイミングを簡便に変えることができる。このようなモータとしては、モータ自身から回転タイミング情報を得られるものが好ましい。具体的には、ＤＣブラシレスモータが挙げられる。ＤＣブラシレスモータを用いた場合、モータ自身から回転タイミング情報を得られるため、エンコーダなどの機器を省略することができる。
このように、本実施の形態に係る回転リフレクタ２６は、ブレード２６ａの形状や回転速度を工夫することで、これにより、回転リフレクタ２６で反射されたＬＥＤ２８の出射光を用いて車両前方を左右方向に走査することができる。具体的には、回転リフレクタ２６が回転しているときに、出射光の反射方向が周期的に変わるように反射面を構成している。
本実施の形態に係る車両用前照灯１０は、ＬＥＤ２８の光を回転リフレクタ２６で反射させ、反射した光で前方を走査することで実質的に矩形のハイビーム用配光パターンを形成することができる。このように、回転リフレクタ２６の一方向の回転により所望の配光パターンを形成することができるため、共振ミラーのような特殊な機構による駆動が必要なく、また、共振ミラーのように反射面の大きさに対する制約が少ない。そのため、より大きな反射面を有する回転リフレクタ２６を選択することで、光源から出射した光を照明に効率よく利用することができる。つまり、配光パターンにおける最大光度を高めることができる。なお、本実施の形態に係る回転リフレクタ２６は、凸レンズ３０の直径とほぼ同じ直径であり、ブレード２６ａの面積もそれに応じて大きくすることが可能である。
また、本実施の形態に係る光学ユニットを備えた車両用前照灯１０は、ＬＥＤ２８の点消灯のタイミングや発光度の変化を回転リフレクタ２６の回転と同期させることで、任意の領域が遮光されたハイビーム用配光パターンを形成することができる。また、回転リフレクタ２６の回転に同期させてＬＥＤ２８の発光光度を変化（点消灯）させてハイビーム用配光パターンを形成する場合、光度変化の位相をずらすことで配光パターン自体をスイブルするような制御も可能である。
上述のように、本実施の形態に係る車両用前照灯は、ＬＥＤの光を走査することで配光パターンを形成するとともに、発光光度の変化を制御することで配光パターンの一部に任意に遮光部を形成することができる。そのため、複数のＬＥＤの一部を消灯して遮光部を形成する場合と比較して、少ない数のＬＥＤで所望の領域を精度よく遮光することができる。また、車両用前照灯１０は、複数の遮光部を形成することができるため、前方に複数の車両が存在する場合であっても、個々の車両に対応する領域を遮光することが可能となる。
また、車両用前照灯１０は、基本となる配光パターンを動かさずに遮光制御することが可能なため、遮光制御時にドライバに与える違和感を低減できる。また、ランプユニット２０を動かさずに配光パターンをスイブルすることができるため、ランプユニット２０の機構を簡略化することができる。そのため、車両用前照灯１０は、配光可変制御のための駆動部としては回転リフレクタ２６の回転に必要なモータを有していればよく、構成の簡略化と低コスト化、小型化が図られている。
次に、本実施の形態に係る車両用灯具としてランプユニット２０の構造について更に説明する。図４は、本実施の形態に係るランプユニット２０の上面図である。図５は、本実施の形態に係るランプユニット２０の正面図である。図６は、図５に示すランプユニット２０の凸レンズ３０の図示を省略した正面図である。図７は、図５に示すランプユニット２０のＢ−Ｂ断面図である。図８は、可動シェードが図６に示す可動シェードの回転位置と異なる位置にある状態を示す正面図である。
図４乃至図７に示すランプユニット２０は、光源であるＬＥＤ２８と、ＬＥＤ２８から出射した出射光を回転しながら反射する反射面２６ｃを有する回転リフレクタ２６と、回転リフレクタ２６で反射された反射光を車両前方に投影する投影レンズとしての凸レンズ３０と、回転リフレクタ２６と凸レンズ３０との間に設けられた可動シェード３２と、を備える。可動シェード３２は、反射光を車両前方へ投影する際に該反射光が通過する第１の位置Ｐ１（図８参照）と、凸レンズ３０から入射した入射光の少なくとも一部が回転リフレクタ２６へ到達しないように遮光する第２の位置Ｐ２（図６参照）と、の間で移動可能に構成されている。ＬＥＤ２８は、素子搭載用基板３４に搭載されている状態で、ヒートシンク３６に固定されている。
本実施の形態に係るランプユニット２０は、図５や図７に示すように、可動シェード３２が第２の位置Ｐ２に移動することで、凸レンズ３０から入射した入射光Ｌ１の少なくとも一部が回転リフレクタ２６へ到達しないように遮蔽できる。好ましくは、可動シェード３２は、回転リフレクタ２６の、ＬＥＤ２８の出射光を反射する反射領域に入射光Ｌ１が到達しないように遮蔽するとよい。そのため、例えば、昼間のように太陽光が凸レンズ３０から装置内に入射するような状況であっても、太陽光が回転リフレクタ２６の表面に集光しにくくできる。その結果、太陽光の集光による溶損の発生を抑制できる。
可動シェード３２は、図８に示す第１の位置Ｐ１にあるときにＬＥＤ２８から出射した出射光Ｌ２の反射光Ｒ１が凸レンズ３０に向かうように形成された開口部３２ａと、図６に示す第２の位置Ｐ２にあるときに、太陽光のような外部から灯具内へ入射した入射光Ｌ１の少なくとも一部が回転リフレクタ２６へ到達しないように遮光する遮光部３２ｂと、を有している。
可動シェード３２は、遮光部３２ｂが円弧状に設けられている。これにより、回転リフレクタ２６に似た形状を実現できるため、可動シェード３２を設けるためのスペースを抑えられる。また、可動シェード３２は、開口部３２ａを設けずに一部の領域を透明にした円板部材であってもよい。
また、可動シェード３２は、第１の位置Ｐ１にあるときの開口部３２ａの位置（図８参照）よりも第２の位置Ｐ２にあるときの開口部の位置（図６参照）の方が上になるように構成されている。これにより、例えば、太陽光が斜め上から凸レンズ３０を経て装置内に入射するような状況であっても、凸レンズ３０の中心よりも上側に移動している開口部３２ａから回転リフレクタ２６の表面に入射光Ｌ１が届きにくくなる。
なお、本実施の形態に係る可動シェード３２は、回転リフレクタ２６の回転軸３７と同軸上に設けられた回転軸３８を有する回転体である。これにより、回転リフレクタ２６と共通の駆動源であるモータ４０で回転させることが可能となる。
また、ランプユニット２０は、回転リフレクタ２６の回転に伴い可動シェード３２を第１の位置Ｐ１に向かって回動させる移動機構４２と、回転リフレクタ２６が回転しているときに可動シェード３２が第１の位置Ｐ１に留まるように規制する規制機構４４と、回転リフレクタ２６の回転が停止したときに可動シェード３２を第２の位置Ｐ２に向かって回動させる復元機構４６と、を備えている。
本実施の形態に係る移動機構４２は、可動シェード３２の回転軸３８と、回転リフレクタ２６が回転軸３７から抜けないように固定するリング状のマグネット４８と、を有する。回転軸３８は少なくともマグネット４８と対向する部分が磁性体で構成されている。また、可動シェード３２の回転軸３８は、回転リフレクタ２６の回転軸３７に対してすべる（相対回転可能な）ように、回転軸３７の先端部３７ａに支持されている。これにより、回転リフレクタ２６が回転し始めると、回転リフレクタ２６が固定されている回転軸３７の先端部にあるマグネット４８が、磁気吸引力により回転軸３８を回転させる力を発生させ、可動シェード３２が回転リフレクタ２６と供回りする。なお、磁力ではなく風圧などによって可動シェード３２の位置を移動させるように構成してもよい。
本実施の形態に係る規制機構４４は、回転リフレクタ２６の回転により供回りした可動シェード３２の一部の係止部（凸部４４ａ）が、ランプユニット２０を構成する部品の一部（支持部材５０）に設けられている被係止部４４ｂに突き当たることで、可動シェード３２のそれ以上の回転を規制し、回転リフレクタ２６が回転している間は可動シェード３２を第１の位置Ｐ１に保持することができる。
本実施の形態に係る復元機構４６は、例えば、回転軸３８の先端の凸部３８ａを回転可能に支持する支持部材５０（図６や図８参照）と、可動シェード３２の回転軸３８との間に設けられているトーションばねである。これにより、回転リフレクタ２６の回転が停止すると、トーションばねの作用により可動シェード３２を第２の位置Ｐ２に向かって回動させることができる。
このように、本実施の形態に係るランプユニット２０は、可動シェード３２を第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間で移動させるための駆動源を、回転リフレクタ２６を回転駆動させるモータ４０とは別個に設けなくてもよい。なお、可動シェード３２を第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間で移動させるアクチュエータを、モータ４０とは別に設けてもよい。
次に、可動シェードの変形例について説明する。例えば、ロービームを照射するランプユニット１８のみを点灯させて走行中に、ランプユニット２０を瞬間的にハイビーム照射（いわゆるパッシングビーム照射）するといった状況では、本実施の形態に係るランプユニット２０のような回転リフレクタ２６を用いる走査光学系の場合、回転リフレクタ２６が所望の回転数に上昇するまである程度の時間が必要となる。そのため、瞬間的にハイビーム照射しようとしても、タイミングが遅れる可能性がある。
そこで、本実施の形態に係る可動シェード３２の遮光部３２ｂは、図６や図７に示すような第２の位置Ｐ２にあるときに出射光Ｌ２を反射光Ｒ２として凸レンズ３０に向けて反射するように構成されている。例えば、蒸着等により可動シェードの表面を鏡面にしてもよい。これにより、回転リフレクタ２６が十分回転していなくても、反射光Ｒ２を車両前方へ投影できる。また、反射光Ｒ２が車両前方の前走車を照射するような配光パターンが形成できるように遮光部３２ｂの表面が形成されているとよい。
また、可動シェード３２の遮光部３２ｂの反射面は、図４乃至図９に示すように、回転軸３７に対して垂直な平面であるが、必ずしもこれに限らない。例えば、前述の反射光Ｒ２で車両前方のより広い範囲を投影できるように遮光部３２ｂの反射面を構成してもよい。図９は、遮光部の反射面の他の例を説明するための模式図である。
図９に示す符号Ｆは凸レンズ３０の焦点である。符号Ｐは回転リフレクタ２６の反射面２６ｃを対称面としてＬＥＤ２８に対する対称点である。符号Ｑは可動シェード３２の遮光部３２ｂの反射面３２ｃを対称面としてＬＥＤ２８に対する対称点である。なお、対称面としての反射面２６ｃは、回転軸３７に対して垂直な面の場合である。
図９に示す遮光部３２ｂの反射面３２ｃは、対称点Ｑが対称点Ｐよりも焦点Ｆから遠くなるように可動シェード３２に設けられている。また、対称点Ｑおよび対称点Ｐのいずれもが、焦点Ｆと凸レンズ３０の縁部Ｅとを結んだ領域内に位置するように、ＬＥＤ２８、回転リフレクタ２６、可動シェード３２等の構成（位置や面の傾き）が設定されている。
このように設定された対称点Ｑを有する反射面３２ｃで反射されたＬＥＤ２８の光による光像は、対称点Ｐを有する反射面２６ｃで反射されたＬＥＤ２８の光による光像よりも大きくなる。つまり、灯具前方においてパッシングビーム照射の照射範囲が広がるため、自車両の被視認性が向上する。なお、反射面３２ｃを拡散面としてもよい。拡散面とは、鏡面ではない微小な凹凸のある表面であり、入射光が様々な角度で反射する面である。これにより、灯具前方においてパッシングビーム照射の照射範囲が更に広がるため、自車両の被視認性が向上する。
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。
Ｌ１ 入射光、 Ｐ１ 第１の位置、 Ｒ１ 反射光、 Ｌ２ 出射光、 Ｐ２ 第２の位置、 Ｒ２ 反射光、 １０ 車両用前照灯、 １８，２０ ランプユニット、 ２６ 回転リフレクタ、 ２６ａ ブレード、 ２６ｂ 回転部、 ２６ｃ 反射面、 ２８ ＬＥＤ、 ３０ 凸レンズ、 ３２ 可動シェード、 ３２ａ 開口部、 ３２ｂ 遮光部、 ３７ 回転軸、 ３７ａ 先端部、 ３８ 回転軸、 ３８ａ 凸部、 ４０ モータ、 ４２ 移動機構、 ４４ 規制機構、 ４６ 復元機構、 ４８ マグネット、 ５０ 支持部材。

Claims (5)

  1. 光源と、
    前記光源から出射した出射光を回転しながら反射する反射面を有する回転リフレクタと、
    前記回転リフレクタで反射された反射光を車両前方に投影する投影レンズと、
    前記回転リフレクタと前記投影レンズとの間に設けられた可動シェードと、を備え、
    前記可動シェードは、前記反射光を車両前方へ投影する際に該反射光が通過する第１の位置と、前記投影レンズから入射した入射光の少なくとも一部が前記回転リフレクタへ到達しないように遮光する第２の位置と、の間で移動可能に構成されていることを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記可動シェードは、前記第１の位置にあるときに前記反射光が前記投影レンズに向かうように形成された開口部と、前記第２の位置にあるときに前記入射光の少なくとも一部が前記回転リフレクタへ到達しないように遮光する遮光部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  3. 前記可動シェードは、前記回転リフレクタと同軸上に回転軸を有する回転体であることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
  4. 前記回転リフレクタの回転に伴い前記可動シェードを前記第１の位置に向かって回動させる移動機構と、
    前記回転リフレクタが回転しているときに前記可動シェードが前記第１の位置に留まるように規制する規制機構と、
    前記回転リフレクタの回転が停止したときに前記可動シェードを前記第２の位置に向かって回動させる復元機構と、を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両用灯具。
  5. 前記可動シェードは、前記第２の位置にあるときに前記出射光を前記投影レンズに向けて反射するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車両用灯具。
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