JP2019212367A

JP2019212367A - 灯具ユニット

Info

Publication number: JP2019212367A
Application number: JP2018104476A
Authority: JP
Inventors: 津田　俊明; Toshiaki Tsuda; 俊明津田
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2019-12-12
Also published as: FR3081972B1; US20190368715A1; US10684004B2; CN110553218A; DE102019207699A1; FR3081972A1; DE102019207699B4; CN110553218B

Abstract

【課題】太陽光の集光による溶損の発生を抑制する新たな灯具ユニットを提供する。【解決手段】灯具ユニットは、マトリックス状に配列されたマイクロミラーアレイを選択的に駆動することで、入射した光を選択的に反射する反射装置１２と、反射装置で選択的に反射された光を配光パターンとして前方へ投影する投影レンズと、投影レンズに入射した外部光Ｌ１がマイクロミラーアレイ以外の領域Ｒに集光して該領域の温度が上昇することを抑制する抑制部と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、灯具ユニットに関する。

光源から出射した光を、マトリックス状に配列したマイクロミラーアレイで構成された反射装置で反射し、反射光を投影レンズを介して前方へ配光パターンとして投影する車両用灯具が考案されている（特許文献１参照）。

特開２０１６−９１９７６号公報

ところで、昼間の太陽光が投影レンズから灯具内に入射すると、場合によっては灯具内の部品に集光し、部品が溶損するおそれがある。

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、太陽光の集光による溶損の発生を抑制する新たな灯具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灯具ユニットは、マトリックス状に配列されたマイクロミラーアレイを選択的に駆動することで、入射した光を選択的に反射する反射装置と、反射装置で選択的に反射された光を配光パターンとして前方へ投影する投影レンズと、投影レンズに入射した外部光がマイクロミラーアレイ以外の領域に集光して該領域の温度が上昇することを抑制する抑制部と、を備える。

この態様によると、マイクロミラーアレイ以外の領域に集光することによる該領域の温度上昇を抑制できる。

抑制部は、領域に外部光が集光することを妨げる遮蔽部材であってもよい。これにより、ある領域に集光すること自体を抑制できるため、例えば、遮蔽部材の材料の選択肢が広がり構成も簡素化できる。

遮蔽部材は、投影レンズと反射装置との間に設けられており、マイクロミラーアレイで反射した光が投影レンズへ向かうための開口部が形成されていてもよい。これにより、マイクロミラーアレイで反射した光は妨げずに、マイクロミラーアレイ以外の領域に集光しそうな外部光を遮蔽できる。

開口部は、投影レンズ側から見てマイクロミラーアレイの反射領域の外縁部よりも狭い。換言すると、開口部は、投影レンズ側から開口部越しにマイクロミラーアレイを見ると、マイクロミラーアレイの反射領域の外縁部が隠れるような形状、大きさである。これにより、マイクロミラーアレイの外縁部に集光しそうな外部光を遮蔽できる。

抑制部は、マイクロミラーアレイの周囲に設けられた反射部材であってもよい。これにより、仮にマイクロミラーアレイの周囲に外部光が到達しても、該周囲の領域で外部光が反射されることで、該領域の温度上昇を抑制できる。

抑制部は、投影レンズを通過した外部光がマイクロミラーアレイの反射面に導光する導光部であってもよい。これにより、外部光が導光部により導光されることで外部光の光路が所定範囲に制御され、マイクロミラーアレイの周囲に外部光が集光されにくくなる。

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灯具ユニットの概略構成を模式的に示す側面図である。図２（ａ）は、反射装置の概略構成を示す正面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す光偏向装置のＡ−Ａ断面図である。第１の実施の形態に係る投影光学系の変形例を示す図である。第１の実施の形態に係る抑制部を説明するための反射装置近傍を拡大した模式図である。第１の実施の形態に係る遮蔽部材の正面図である。第２の実施の形態に係る抑制部を説明するための反射装置近傍を拡大した模式図である。図７（ａ）は、第３の実施の形態に係る灯具ユニットの概略構成を示す模式図、図７（ｂ）は、第３の実施の形態の変形例に係る灯具ユニットの概略構成を示す模式図である。

以下、本発明を好適な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すべ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灯具ユニットの概略構成を模式的に示す側面図である。第１の実施の形態に係る灯具ユニット１０は、主として車両用灯具（例えば、車両用前照灯）に用いられる。ただし、用途はこれに限られるものではなく、各種照明装置や各種移動体（航空機や鉄道車両等）の灯具に適用することも可能である。

灯具ユニット１０は、入射した光を選択的に反射する反射装置１２と、反射装置１２で選択的に反射された光を配光パターンとして前方へ投影する投影光学系１４と、反射装置１２の反射領域１２ａへ光を照射する照射光学系１６と、反射装置１２と、を備える。反射領域１２ａは、ガラス等の透明な板状部材１３で封止されている。

投影光学系１４は、投影レンズ１８を有する。照射光学系１６は、光源２０を有する。光源２０は、ＬＥＤ（Light emitting diode）、ＬＤ（Laser diode）、ＥＬ（Electro luminescence）素子等の半導体発光素子や、電球、白熱灯（ハロゲンランプ）、放電灯（ディスチャージランプ）等を用いることができる。なお、光源２０に求められる発光色によっては、必要に応じて蛍光体を組み合わせてもよい。光源２０は、例えば、金属やセラミック等のヒートシンクの所望の位置に搭載される。

また、照射光学系１６は、灯具ユニット１０に求められる大きさ（レイアウト）や性能（配光）に応じて、光源２０から反射装置１２までの間の光路に、集光部材（集光レンズや集光鏡）や反射部材（リフレクタ）を配置してもよい。

集光部材は、光源２０から出射した光の多くを反射装置１２の反射領域１２ａに導けるように構成されているものであり、例えば、凸レンズ、砲弾形状の中実導光体や、内面が所定の反射面となっている反射鏡等が用いられる。より具体的には、複合放物面集光器（Compound Parabolic Concentrator）が挙げられる。なお、光源２０から出射したほとんどの光を反射装置１２の反射領域１２ａに導ける場合は、集光部材を用いなくてもよい。

（反射装置）
反射装置１２は、投影光学系１４の後方の光軸Ａｘ上に配置され、光源２０から出射した光を選択的に投影光学系１４へ反射するように構成されている。反射装置１２は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）やＤＭＤ（Digital Mirror Device）といった複数のマイクロミラーをアレイ（マトリックス）状に配列したものである。これらの複数のマイクロミラーアレイの反射面の角度をそれぞれ選択的に駆動制御することで、反射領域１２ａに入射した光が選択的に投影レンズ１８へ向けて反射される。

このように、反射装置１２は、光源２０から出射した光の反射方向を選択的に所定の方向へ変えることができる。つまり、光源２０から出射した光の一部を投影光学系１４へ向けて反射し、それ以外の光を有効に利用されないような方向へ向けて反射することができる。

第１の実施の形態に係る灯具ユニット１０は、投影レンズ１８の焦点近傍に反射装置１２の後述するマイクロミラーアレイが配置される。なお、投影光学系１４は、投影レンズ等の光学部材を複数備えてもよい。また、投影光学系が備える光学部材は、レンズに限られず、反射部材であってもよい。

上述のように構成された灯具ユニット１０は、部分的な点消灯を実現する可変配光前照灯に用いることができる。

図２（ａ）は、反射装置１２の概略構成を示す正面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す光偏向装置のＡ−Ａ断面図である。

反射装置１２は、図２（ａ）に示すように、複数の微小なミラー素子１０２がマトリックス状に配列されたマイクロミラーアレイ１０４と、ミラー素子１０２の反射面１０２ａの前方側（図２（ｂ）に示す反射装置１２の右側）に配置された透明なカバー部材１０６と、を有する。カバー部材１０６は、例えば、ガラスやプラスチック等であり、前述の透明な板状部材１３を兼ねてもよい。

マイクロミラーアレイ１０４の各ミラー素子１０２は、光源から出射された光を所望の配光パターンの一部として有効に利用されるように投影光学系へ向けて反射する第１反射位置Ｐ１（図２（ｂ）に示す実線位置）と、光源から出射された光が有効に利用されないように反射する第２反射位置Ｐ２（図２（ｂ）に示す点線位置）とを切り替え可能に構成されている。

図１に示すように、上述のように構成された灯具ユニット１０は、配光性能や解像度を考慮して投影レンズ１８の焦点Ｆ近傍に反射装置１２が配置されている。そのため、太陽光等の外部光Ｌ１が光軸Ａｘに対して比較的小さな角度で投影レンズ１８に入射すると、投影レンズ１８の焦点Ｆから外れた位置に集光してしまうことがある。被写界深度が浅い投影光学系１４の場合、焦点Ｆから少し外れていれば外部光が一点（狭い範囲）に集光しにくいため、溶損の影響は比較的小さい。

しかしながら、第１の実施の形態に係る反射装置１２の反射領域１２ａは、マイクロミラーアレイ１０４からなる一辺が５〜１５ｍｍ程度の比較的大きな矩形領域である。そのため、投影光学系１４が一つの単焦点の投影レンズ１８からなる場合、反射領域１２ａで選択的に反射された光で構成される光源像は、投影光学系１４で前方へ投影される際に周縁部が結像しない（ピンぼけする）。そこで、複数のレンズを組み合わせることで、反射領域１２ａで反射された光で構成された光源像が、全域にわたって結像することが可能になる。

図３は、第１の実施の形態に係る投影光学系の変形例を示す図である。図３に示す投影光学系１１４は、３つのレンズ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを有しており、各レンズの形状や材質を適切に組み合わせることで、結像性の高い投影光学系を実現している。これにより、反射領域１２ａで選択的に反射された光で構成される光源像は、投影光学系１１４で前方へ投影される際に周縁部を含めた全体が結像する（ピンぼけしない）。具体的には、投影光学系１１４は、光軸方向において焦点距離±０．２ｍｍの範囲にある光源像を結蔵できる。

しかしながら、結像できる範囲が広がると、投影レンズに入射した外部光Ｌ１が反射装置１２の反射領域１２ａの周囲の領域上にも集光（結像）しやすくなり、その領域が溶損する可能性がある。そこで、第１の実施の形態に係る灯具ユニット１０は、投影レンズに入射した外部光がマイクロミラーアレイ以外の領域に集光して該領域の温度が上昇することを抑制する抑制部を備える。図４は、第１の実施の形態に係る抑制部を説明するための反射装置１２近傍を拡大した模式図である。図５は、第１の実施の形態に係る遮蔽部材の正面図である。

図４に示すように、外部光Ｌ１が反射領域１２ａ以外の領域Ｒに集光すると、領域Ｒが溶損してしまうおそれがある。そこで、本実施の形態では、領域Ｒに外部光Ｌ１が集光することを妨げる遮蔽部材２４を溶損抑制部として設けている。これにより、マイクロミラーアレイが配置されている反射領域１２ａ以外の領域Ｒに集光することによる領域Ｒの温度上昇を抑制できる。また、遮蔽部材２４により、領域Ｒに集光すること自体を抑制できるため、例えば、遮蔽部材２４の材料の選択肢が広がり構成も簡素化できる。遮蔽部材２４は、例えば、セラミックや金属等の耐熱部材が好適である。また、遮蔽部材２４の表面に、アルミニウムや銅の金属反射膜や、複数種の金属膜を多層に積層した光吸収膜を形成してもよい。

遮蔽部材２４は、投影レンズ１８（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）と反射装置１２との間に設けられており、図５に示すように、マイクロミラーアレイ（反射領域１２ａ）で反射した光が投影レンズへ向かうための開口部２４ａが形成されている。これにより、マイクロミラーアレイで反射した光は妨げずに、マイクロミラーアレイ以外の領域Ｒに集光しそうな外部光Ｌ１を遮蔽できる。

開口部２４ａは、投影レンズ側から見てマイクロミラーアレイの反射領域１２ａの外縁部１２ｂよりも狭い。換言すると、開口部２４ａは、投影レンズ側から開口部越しにマイクロミラーアレイを見ると、マイクロミラーアレイの反射領域１２ａの外縁部１２ｂが隠れるような形状、大きさである。これにより、マイクロミラーアレイの外縁部１２ｂに集光しそうな外部光Ｌ１を遮蔽できる。

（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態に係る抑制部を説明するための反射装置１２近傍を拡大した模式図である。第２の実施の形態に係る溶損抑制部は、マイクロミラーアレイが配置された反射領域１２ａの周囲に設けられた反射部材２６である。これにより、仮にマイクロミラーアレイが配置されている反射領域１２ａの周囲に外部光Ｌ１が到達しても、周囲の領域Ｒに形成された反射部材２６で外部光Ｌ１が反射されることで、領域Ｒの温度上昇を抑制できる。反射部材２６は、例えば、アルミニウムや銅の金属反射膜が好適である。また、反射部材２６の代わりに外部光Ｌ１を吸収する遮光部材を設けてもよい。反射部材２６や遮光部材は、予め板状部材１３の裏面側に形成した後、反射装置１２の反射領域１２ａの周囲に接合してもよい。

（第３の実施の形態）
図７（ａ）は、第３の実施の形態に係る灯具ユニットの概略構成を示す模式図、図７（ｂ）は、第３の実施の形態の変形例に係る灯具ユニットの概略構成を示す模式図である。

図７（ａ）に示す灯具ユニット３０は、第１の実施の形態に係る灯具ユニット１０と比較して、投影レンズ１８と反射装置１２との間に導光体３２が配置されている点が大きく異なる。導光体３２は、光源２０から出射した光が集光部材３４で集光された後に入射する入射部３２ａと、反射装置１２で反射された光が入射する入射部３２ｂと、導光体３２を導光した反射光が出射する出射部３２ｃと、を有する。導光体３２は、ガラスやプラスチック等の透光性部材で構成されており、入射部３２ａ，３２ｂおよび出射部３２ｃ以外の表面が反射膜や遮光膜で被覆されている。これにより、導光体３２は、光源２０から出射した光を効率よく投影光学系１４まで導光できる。

また、導光体３２は、反射領域１２ａと対向する位置に、反射領域１２ａとほぼ同じ大きさで入射部３２ｂを設けているので、投影レンズ１８を通過した外部光Ｌ１はマイクロミラーアレイが配置された反射領域１２ａに導光され、反射領域１２ａ以外の領域に集光しない。このように、外部光Ｌ１が導光体３２により導光されることで外部光Ｌ１の光路が所定範囲に制御され、マイクロミラーアレイが配置された反射領域１２ａの周囲に外部光Ｌ１が集光されにくくなる。

図７（ｂ）に示す灯具ユニット４０は、第３の実施の形態に係る灯具ユニット３０と比較して、導光体が投影レンズと一体化されている点が大きく異なる。灯具ユニット４０の導光体４２は、光源２０から出射した光が集光部材３４で集光された後に入射する入射部４２ａと、反射装置１２で反射された光が入射する入射部４２ｂと、導光体４２を導光した反射光が屈折して出射する投影部４２ｃと、を有する。導光体４２は、ガラスやプラスチック等の透光性部材で構成されており、入射部４２ａ，４２ｂおよび投影部４２ｃ以外の表面を反射膜や遮光膜で被覆されている。これにより、導光体４２は、光源２０から出射した光を効率よく投影できる。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各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各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各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外部光、１０灯具ユニット、１２反射装置、１２ａ反射領域、１２ｂ外縁部、１４投影光学系、１６照射光学系、１８投影レンズ、２０光源、２４遮蔽部材、２４ａ開口部、２６反射部材、３０灯具ユニット、３２導光体、４０灯具ユニット、４２導光体、１０４マイクロミラーアレイ、１１４投影光学系。

Claims

マトリックス状に配列されたマイクロミラーアレイを選択的に駆動することで、入射した光を選択的に反射する反射装置と、
前記反射装置で選択的に反射された光を配光パターンとして前方へ投影する投影レンズと、
前記投影レンズに入射した外部光が前記マイクロミラーアレイ以外の領域に集光して該領域の温度が上昇することを抑制する抑制部と、
を備えることを特徴とする灯具ユニット。
前記抑制部は、前記領域に外部光が集光することを妨げる遮蔽部材であることを特徴とする請求項１に記載の灯具ユニット。
前記遮蔽部材は、前記投影レンズと前記反射装置との間に設けられており、前記マイクロミラーアレイで反射した光が前記投影レンズへ向かうための開口部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の灯具ユニット。
前記開口部は、投影レンズ側から見て前記マイクロミラーアレイの反射領域の外縁部よりも狭いことを特徴とする請求項３に記載の灯具ユニット。
前記抑制部は、前記マイクロミラーアレイの周囲に設けられた反射部材であることを特徴とする請求項１に記載の灯具ユニット。
前記抑制部は、前記投影レンズを通過した外部光が前記マイクロミラーアレイの反射面に導光する導光部であることを特徴とする請求項１に記載の灯具ユニット。