JP2023101669A - 光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で複数の配光パターンを形成可能な新たな光学ユニットを提供する。【解決手段】光学ユニット１８は、複数の発光素子がアレイ状に配置されている第１の光源２０と、第１の光源２０から出射した光を反射しながら回転する回転リフレクタ２２と、複数の発光素子の点灯状態を制御する制御部２９と、を備える。回転リフレクタ２２は、回転しながら反射した光を光源像として走査することで配光パターンを形成するように反射面が設けられており、複数の発光素子は、第１の発光素子および第２の発光素子を含む。制御部２９は、第１の発光素子の点灯時間Ｔ１が、第２の発光素子の点灯時間Ｔ２（Ｔ２＞０）よりも長くなるように、第１の発光素子および第２の発光素子の点灯状態を制御する。【選択図】図１

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、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、発光素子からなる複数の光源と、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に反射面が設けられている光学ユニットが考案されている（特許文献１）。

また、この光学ユニットは、所定のタイミングで発光素子を消灯することで、配光パターンの一部に非照射領域を形成することができる。

特開２０１５－２６６２８号公報

しかしながら、上述の光学ユニットは、形成できる配光パターンの形状が限られており、更なる改良の余地がある。

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、簡易な構成で複数の配光パターンを形成可能な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光学ユニットは、複数の発光素子がアレイ状に配置されている光源と、光源から出射した光を反射しながら回転する回転リフレクタと、複数の発光素子の点灯状態を制御する制御部と、を備える。回転リフレクタは、回転しながら反射した光を光源像として走査することで配光パターンを形成するように反射面が設けられており、複数の発光素子は、第１の発光素子および第２の発光素子を含む。制御部は、第１の発光素子の点灯時間Ｔ１が、第２の発光素子の点灯時間Ｔ２（Ｔ２＞０）よりも長くなるように、第１の発光素子および第２の発光素子の点灯状態を制御する。

この態様によると、第１の発光素子から出射した光を光源像として走査することで形成される領域の長さと、第２の発光素子から出射した光を光源像として走査することで形成される領域の長さを異ならせることができる。これにより、各発光素子の状態を常に点灯、常に消灯のいずれかからしか選択できない場合と比較して、形状の異なるより多くの配光パターンを形成できる。

光源は、光源像として走査される方向に対して交差する方向に第１の発光素子および第２の発光素子が並んでいてもよい。これにより、少ない数の発光素子で階段状の配光パターンを形成できる。

複数の発光素子は、第３の発光素子を更に含んでもよい。第３の発光素子は、第１の発光素子が走査する領域と第２の発光素子が走査する領域と重複する領域を走査するように配置されており、制御部は、第３の発光素子を点灯している時間Ｔ３が、Ｔ１＞Ｔ３＞Ｔ２を満たすように、第３の発光素子の出力を制御してもよい。これにより、より段差の少ない階段状の配光パターンを形成できる。

制御部は、配光パターンの自車線側カットオフラインが外側に向かって斜めまたは階段状に高くなるように複数の発光素子の点灯状態を制御してもよい。これにより、例えば、車両用前照灯に適した斜めカットオフラインを有する配光パターンを形成できる。

光源は、複数の発光素子がｍ行×ｎ列（ｍ、ｎは２以上の整数）のマトリックス状に配置されており、第（ｋ－１）列の発光素子に対して第ｋ列（ｋはｎ以下の整数）の発光素子が１／ｎピッチずれて配置されていてもよい。これにより、より段差の少ない階段状の配光パターンを形成できる。

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、簡易な構成で複数の配光パターンを形成できる。

本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車両用前照灯の正面図である。 本実施の形態に係る回転リフレクタの構成を模式的に示した側面図である。 本実施の形態に係る回転リフレクタの構成を模式的に示した上面図である。 本実施の形態に係る第１の光源を正面から見た場合の模式図である。 図６（ａ）は、点灯した状態の第１の発光部および第３の発光部が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図、図６（ｂ）は、回転リフレクタが回転することで図６（ａ）に示す光源像が走査されて形成された第１の配光パターンを示す図である。 図７（ａ）は、点灯した状態の第２の発光部が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図、図７（ｂ）は、回転リフレクタが回転することで図７（ａ）に示す光源像が走査されて形成された第２の配光パターンを示す図である。 図８（ａ）は、点灯した状態の第４の発光部が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図、図８（ｂ）は、回転リフレクタが回転することで図８（ａ）に示す光源像が走査されて形成された第３の配光パターンを示す図である。 第１の光源および第２の光源の全ての発光素子を点灯し、走査した場合に形成されるハイビーム用配光パターンＰＨ’を示す図である。 本実施の形態に係る車両用前照灯の制御装置を示す図である。 図１１（ａ）は、点灯した状態の第１の発光部～第３の発光部が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図、図１１（ｂ）は、回転リフレクタが回転することで図１１（ａ）に示す光源像が走査されて形成された第４の配光パターンを示す図である。 図１２（ａ）は、第２の実施の形態に係る光源を正面から見た場合の模式図、図１２（ｂ）は、第２の実施の形態に係る光学ユニットにより形成されるハイビーム用配光パターンを示す図、図１２（ｃ）は、第２の実施の形態に係る光学ユニットにより形成される他のハイビーム用配光パターンを示す図である。 第３の実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面図である。 矩形の発光面を有する発光素子の出力が異なる場合の光源像の大きさを比較する模式図である。 配光パターンの一例を示す模式図である。 図１６（ａ）は、第４の実施の形態に係る点灯した発光部が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図、図１６（ｂ）は、回転リフレクタが回転することで図１６（ａ）に示す光源像が走査されて形成された第５の配光パターンを示す図である。

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。

本実施の形態に係る光学ユニットは、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実施の形態に係る光学ユニットを適用した場合について説明する。

［第１の実施の形態］
（車両用前照灯）
図１は、本実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面図である。図２は、本実施の形態に係る車両用前照灯の正面図である。なお、図２においては、一部の部品を省略してある。

本実施の形態に係る車両用前照灯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、１つの光学ユニット１８が収容される空間として機能する。光学ユニット１８は、可変ハイビームとロービームの両方を照射できるように構成されたランプユニットである。可変ハイビームとは、ハイビーム用の配光パターンの形状を変化させるように制御されているものをいい、例えば、配光パターンの一部に非照射領域（遮光部）を生じさせることができる。

本実施の形態に係る光学ユニット１８は、第１の光源２０と、第１の光源２０から出射した第１の光Ｌ１の光路を変化させて回転リフレクタ２２のブレード２２ａに向かわせる１次光学系（光学部材）としての集光用レンズ２３と、第１の光Ｌ１を反射しながら回転軸Ｒを中心に回転する回転リフレクタ２２と、投影レンズ２４と、第１の光源２０と投影レンズ２４との間に配置された第２の光源２６と、第２の光源２６から出射した第２の光Ｌ２をブレード２２ａに向かわせる１次光学系（光学部材）としての拡散用レンズ２８と、制御部２９と、を備える。

第１の光源２０は、１６個の素子がマトリックス状に配置されている。第２の光源２６は、４個の素子が一列に配置されている。

投影レンズ２４は、回転リフレクタ２２で反射された第１の光Ｌ１を光学ユニットの光照射方向（図１左方向）に集光し投影する集光部２４ａと、回転リフレクタ２２で反射された第２の光Ｌ２を光学ユニットの光照射方向に拡散し投影する拡散部２４ｂと、を備える。これにより、光学ユニット１８の前方に光源像を鮮明に投影できる。

図３は、本実施の形態に係る回転リフレクタの構成を模式的に示した側面図である。図４は、本実施の形態に係る回転リフレクタの構成を模式的に示した上面図である。

回転リフレクタ２２は、モータ３４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２２は、回転しながら反射した各光源の光を走査することで所望の配光パターンを形成するように反射面としてのブレード２２ａが設けられている。つまり、回転リフレクタは、その回転動作により、発光部からの可視光を照射ビームとして出射するものであり、かつ、該照射ビームを走査せしめることによって所望の配光パターンを形成する。

回転リフレクタ２２は、反射面として機能する、形状の同じ２枚のブレード２２ａが筒状の回転部２２ｂの周囲に設けられている。回転リフレクタ２２の回転軸Ｒは、光軸Ａｘに対して斜めになっており、光軸Ａｘと各光源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各光源の光（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、走査光である各光源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２２のブレード２２ａの形状は、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、図４に示すように第１の光源２０や第２の光源２６の光を用いた走査が可能となる。

各光源には、ＬＥＤ、ＥＬ素子、ＬＤ素子などの半導体発光素子が用いられる。集光部２４ａおよび拡散部２４ｂを有する凸状の投影レンズ２４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を用いることも可能である。

制御部２９は、外部からの制御信号に基づいて、第１の光源２０および第２の光源２６の点消灯制御と、モータ３４の回転制御を行う。第１の光源２０は、ヒートシンク３０に搭載され、第２の光源２６は、ヒートシンク３２に搭載されている。

図５は、本実施の形態に係る第１の光源を正面から見た場合の模式図である。なお、図５では、集光用レンズ２３の図示を省略している。また、図５の光源像は、投影レンズ２４によって上下が反転する。

図５に示すように、第１の光源２０は、主として水平線より下方の範囲を照射する第１の配光パターンを形成する際に点灯する第１の発光部３６と、少なくとも水平線より上方の範囲を照射する第２の配光パターンを形成する際に点灯する第２の発光部３８と、第１の配光パターンを形成する際に水平線近傍の自車線側カットオフラインを構成する光を発する第３の発光部４０と、を有する。第３の発光部４０は、第１の発光部３６と第２の発光部３８との間の領域に配置されている。

第１の発光部３６は、５つの第１の発光素子Ｓ１１～Ｓ１５が水平方向（Ｈ－Ｈ線）に沿ってジグザグ（換言すると、ある素子の鉛直方向の位置が隣接している素子に対して上方または下方にずれている。）に配置されている。第１の発光素子Ｓ１１～Ｓ１５は、それぞれ矩形の発光面を有し、該矩形の一辺が水平方向に沿うように配置されている。

第２の発光部３８は、９個の第２の発光素子Ｓ２１～Ｓ２９が水平方向に沿ってジグザグに配置されている。第２の発光素子Ｓ２１～Ｓ２９は、それぞれ矩形の発光面を有し、該矩形の一辺が水平方向に沿うように配置されている。

第３の発光部４０は、第１の発光素子Ｓ１１～１５と第２の発光素子Ｓ２１～Ｓ２９の間に配置された２個の第３の発光素子Ｓ３１～Ｓ３２を有し、第３の発光素子の矩形の発光面の一辺が水平方向に沿うように配置されている。これにより、素子間の隙間による暗部が配光パターンに生じにくくなる。

なお、各発光素子は、短時間での点消灯制御が容易な半導体発光素子が好適であり、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Device）、ＬＤ（Laser Diode）、ＥＬ（Electroluminescent）素子が挙げられる。

図６（ａ）は、点灯した状態の第１の発光部および第３の発光部が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図、図６（ｂ）は、回転リフレクタが回転することで図６（ａ）に示す光源像が走査されて形成された第１の配光パターンを示す図である。

図６（ａ）に示す光源像Ｌ１１～Ｌ１５は、第１の発光素子Ｓ１１～Ｓ１５の各発光面に対応したものである。また、光源像Ｌ３１～Ｌ３２は、第３の発光素子Ｓ３１～Ｓ３２の各発光面に対応したものである。また、光源像Ｌ１１～Ｌ１５、Ｌ３１～Ｌ３２が走査されることで、図６（ｂ）に示す走査パターンＰ１１～Ｐ１５、Ｐ３１～Ｐ３２が形成され、各走査パターンが重畳されることで、主として水平線より下方の範囲を照射する第１の配光パターンとしてのロービーム用配光パターンＰＬが形成される。

なお、第３の発光素子Ｓ３１～Ｓ３２を第１の発光素子Ｓ１１～Ｓ１５と同様に点灯し続けていると、図６（ｂ）に示すように、ロービーム用配光パターンＰＬにおいて自車線側のカットオフラインＣＬ１だけでなく対向車線側のカットオフラインＣＬ２も水平線より上に形成されてしまう。この場合、対向車の乗員にグレアを与える可能性がある。

そこで、制御部２９は、ロービーム用配光パターンＰＬを形成する際の第３の発光素子Ｓ３１～Ｓ３２の点灯時間が第１の発光素子Ｓ１１～Ｓ１５の点灯時間よりも短くなるように、第１の光源２０の点灯状態を制御する。より詳述すると、制御部２９は、第３の発光素子Ｓ３１～Ｓ３２の光源像Ｌ３１～Ｌ３２が、図６（ｂ）に示すＶ－Ｖ線の左側領域を通過するタイミングで対応する素子を点灯させ、Ｖ－Ｖ線の右側領域を通過するタイミングで対応する素子を消灯させる。これにより、例えば、自車線側のカットオフラインＣＬ１の上端だけを高くするといったことが可能となる。また、第３の発光素子Ｓ３１～Ｓ３２から出射する光を走査しつつ第３の発光素子Ｓ３１～Ｓ３２の点消灯を制御することで、自車線側のカットオフラインＣＬ１の位置（長さ）を変更できる。

図７（ａ）は、点灯した状態の第２の発光部が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図、図７（ｂ）は、回転リフレクタが回転することで図７（ａ）に示す光源像が走査されて形成された第２の配光パターンを示す図である。

図７（ａ）に示す光源像Ｌ２１～Ｌ２９は、第２の発光素子Ｓ２１～Ｓ２９の各発光面に対応したものである。また、光源像Ｌ２１～Ｌ２９が走査されることで、図７（ｂ）に示す走査パターンＰ２１～Ｐ２９が形成され、各走査パターンが重畳されることで、少なくとも水平線より上方の範囲を照射する第２の配光パターンとしてのハイビーム用配光パターンＰＨが形成される。なお、第１の発光部３６は、ハイビーム用配光パターンＰＨを形成する際に点灯してもよい。これにより、ロービーム用配光パターンＰＬとハイビーム用配光パターンＰＨとが重畳された新たな配光パターンを実現できる。

次に、第２の光源２６についても説明する。第２の光源２６から出射した第２の光Ｌ２は、第１の光源２０が出射した第１の光Ｌ１が回転リフレクタ２２のブレードで反射される位置よりも、投影レンズ２４に近い位置で回転リフレクタ２２のブレードに反射される。そのため、広範囲を照射するためには、第２の光源２６から出射した光が広がっている方がよい。そこで、第２の光源２６の発光面の近傍には拡散用レンズ２８が配置されている。これにより、回転リフレクタ２２で反射され、投影レンズ２４の拡散部２４ｂを通過した第２の光Ｌ２による光源像を大きくできる。なお、第２の光源２６は、４つの第４の発光素子Ｓ４１～Ｓ４４が一列に並んだ第４の発光部４２（図１参照）を有する。

図８（ａ）は、点灯した状態の第４の発光部が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図、図８（ｂ）は、回転リフレクタが回転することで図８（ａ）に示す光源像が走査されて形成された第３の配光パターンを示す図である。

図８（ａ）に示す光源像Ｌ４１～Ｌ４４は、第４の発光素子Ｓ４１～Ｓ４４の各発光面に対応したものである。また、光源像Ｌ４１～Ｌ４４が走査されることで、図８（ｂ）に示す走査パターンＰ４１～Ｐ４４が形成され、各走査パターンが重畳されることで、主として水平線より下方の広い範囲を照射する第３の配光パターンとしての拡散ロービーム用配光パターンＰＬ’が形成される。

図９は、第１の光源および第２の光源の全ての発光素子を点灯し、走査した場合に形成されるハイビーム用配光パターンＰＨ’を示す図である。図９に示すように、第１の配光パターンおよび第２の配光パターン以外の新たな配光パターンを実現できる。

上述のように、本実施の形態に係る光学ユニット１８は、第１の光源２０や第２の光源２６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２２を用いて、照射範囲が異なる複数の配光パターン（ＰＬ、ＰＬ’、ＰＨ、ＰＨ’）を形成できる。

なお、第１の発光部３６と第２の発光部３８は、本実施の形態の第１の光源２０のように、完全に異なる領域として設けられていてもよいが、一部の発光素子や発光領域が重複していてもよい。つまり、第１の配光パターンおよび第２の配光パターンのいずれの場合にも利用される発光素子や発光領域があってもよい。

図１０は、本実施の形態に係る車両用前照灯の制御装置を示す図である。図１０に示すように、本実施の形態に係る車両用前照灯１０の制御装置１００は、車両前方や周囲を撮影するカメラ４４と、車両前方の他車両や歩行者までの距離や存在を検出するレーダ４６と、ドライバにより車両用前照灯の点灯状態や照射モード（ハイビーム用配光パターンやロービーム用配光パターンの選択や自動制御モード等）を制御するスイッチ４８と、操舵状態を検出する検知部５０と、車速センサや加速度センサ等のセンサ５２と、制御部２９と、モータ３４と、第１の光源２０と、第２の光源２６と、を備える。

制御部２９は、カメラ４４、レーダ４６、スイッチ４８、検知部５０およびセンサ５２から取得した情報に基づいて、モータ３４の回転や、第１の光源２０や第２の光源２６が有する第１の発光部３６～第４の発光部４２における各発光素子の点消灯を制御する。これにより、簡易な構成で複数の配光パターンを形成可能な新たな光学ユニット１８を実現できる。

なお、図６（ｂ）に示す、走査パターンＰ１１～Ｐ１５、Ｐ３１～Ｐ３２を重畳することで得られるロービーム用配光パターンＰＬや、図７（ｂ）に示す、走査パターンＰ２１～Ｐ２９を重畳することで得られるハイビーム用配光パターンＰＨの場合、各走査パターンの長さは実質的に同じである。つまり、各走査パターンに対応する各発光素子の点灯時間は概ね同じである。そのため、発光素子の点灯または消灯を制御することで形成できる配光パターンの形状には限りがある。

そこで、制御部２９は、各光源が備える複数の発光素子の点灯時間を個々にあるいはグループ毎に制御できるように構成されている。これにより、長さの異なる走査パターンを組み合わせて所望の配光パターンを形成できるため、非常に多くの形状の配光パターンを形成可能な光学ユニットを実現できる。

図１１（ａ）は、点灯した状態の第１の発光部～第３の発光部が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図、図１１（ｂ）は、回転リフレクタが回転することで図１１（ａ）に示す光源像が走査されて形成された第４の配光パターンを示す図である。

図１１（ａ）に示す光源像Ｌ１１～Ｌ１５は、第１の発光素子Ｓ１１～Ｓ１５の各発光面に対応したものである。また、光源像Ｌ２１～Ｌ２３、Ｌ２６、Ｌ２７は、第２の発光素子Ｓ２１～Ｓ２３、Ｓ２６、Ｓ２７の各発光面に対応したものである。また、光源像Ｌ３１～Ｌ３２は、第３の発光素子Ｓ３１～Ｓ３２の各発光面に対応したものである。なお、第４の配光パターンＰＨ”を形成する際には、第２の発光素子Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２８、Ｓ２９は全期間消灯したままである。つまり、第２の発光素子Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２８、Ｓ２９は、点灯時間が最も短いということもできる。

一方、第１の発光素子Ｓ１１～Ｓ１５は、一周期の点灯時間Ｔ１が最も長く、図１１（ｂ）に示す走査パターンＰ１１～Ｐ１５が形成され、各走査パターンが重畳されることで、主として水平線より下方の範囲Ｒ１を照射する。

発光素子Ｓ３１は、一周期の点灯時間がＴ３１（Ｔ３１＜Ｔ１）であり、発光素子Ｓ３２は、一周期の点灯時間がＴ３２（Ｔ３２＜Ｔ３１＜Ｔ１）であり、図１１（ｂ）に示すように、主として自車線側のＨ－Ｈ線を含む範囲Ｒ２を照射する。範囲Ｒ２は範囲Ｒ１と一部が重複している。

発光素子Ｓ２１は、一周期の点灯時間がＴ２１（Ｔ２１＜Ｔ１）であり、発光素子Ｓ２３は、一周期の点灯時間がＴ２３（Ｔ２３＜Ｔ２１＜Ｔ１）であり、図１１（ｂ）に示すように、主として自車線側のＨ－Ｈ線の直上の範囲Ｒ３を照射する。範囲Ｒ３は範囲Ｒ２と一部が重複している。

発光素子Ｓ２２は、一周期の点灯時間がＴ２２（Ｔ２２＜Ｔ１）であり、図１１（ｂ）に示すように、範囲Ｒ３の上部と重複する範囲Ｒ４を照射する。

発光素子Ｓ２７は、一周期の点灯時間がＴ２７（Ｔ２７＜Ｔ１）であり、図１１（ｂ）に示すように、範囲Ｒ４の上部と重複する範囲Ｒ５を照射する。

発光素子Ｓ２６は、一周期の点灯時間がＴ２６（Ｔ２６＜Ｔ１）であり、図１１（ｂ）に示すように、範囲Ｒ５の上部と重複する範囲Ｒ６を照射する。

なお、各発光素子の点灯時間の関係は、Ｔ２７≦Ｔ３２＜Ｔ２６＜Ｔ２３＜Ｔ２２＜Ｔ３１＜Ｔ２１＜Ｔ１である。

制御部２９は、点消灯する発光素子の選択だけでなく、点灯する複数の発光素子の点灯時間をそれぞれ制御することで、図１１（ｂ）に示すように、配光パターンの自車線側カットオフラインが外側に向かって斜めまたは階段状に高くなる第４の配光パターンを形成できる。このように、本実施の形態に係る光学ユニットは、車両用前照灯に適した斜めカットオフラインを有する配光パターンを形成できる。

上述のように、本実施の形態に光学ユニット１８、複数の発光素子（Ｓ１１～Ｓ１５、Ｓ２１～Ｓ２９、Ｓ３１～Ｓ３２）がアレイ状に配置されている第１の光源２０と、第１の光源２０から出射した光を反射しながら回転する回転リフレクタ２２と、複数の発光素子の点灯状態を制御する制御部２９と、を備える。回転リフレクタ２２は、回転しながら反射した光を光源像（Ｌ１１～Ｌ１５、Ｌ２１～Ｌ２９、Ｌ３１～Ｌ３２）として走査することで配光パターンを形成するように反射面が設けられており、複数の発光素子は、第１の発光素子（Ｓ１１～Ｓ１５）および第２の発光素子（Ｓ２１～Ｓ２９、Ｓ３１～Ｓ３２）を含む。制御部２９は、第１の発光素子（Ｓ１１～Ｓ１５）の点灯時間Ｔ１が、第２の発光素子（Ｓ２１～Ｓ２９）の点灯時間Ｔ２（Ｔ２＞０）よりも長くなるように、第１の発光素子および第２の発光素子（または第３の発光素子）の点灯状態を制御する。なお、点灯時間を異ならせる複数の発光素子は、どのような組合せであっても可能である。

本実施の形態に係る光学ユニット１８は、第１の発光素子（Ｓ１１～Ｓ１５）から出射した光を光源像として走査することで形成される領域の長さと、第２の発光素子（Ｓ２１～Ｓ２９）から出射した光を光源像として走査することで形成される領域の長さを異ならせることができる。これにより、各発光素子の状態を常に点灯、常に消灯のいずれかからしか選択できない場合と比較して、形状の異なるより多くの配光パターンを形成できる。

第１の光源２０は、光源像として走査される方向Ｄ１に対して交差する方向に第１の発光素子（Ｓ１２）、第２の発光素子（Ｓ２２、Ｓ２６）および第３の発光素子（Ｓ３１）が並んでいる。これにより、少ない数の発光素子で階段状の配光パターンを形成できる。

本実施の形態に係る第３の発光素子Ｓ３２は、第１の発光素子Ｓ１１～Ｓ１５が走査する領域（範囲Ｒ１）と第２の発光素子Ｓ２１～Ｓ２９が走査する領域（Ｒ３～Ｒ６）と重複する領域（Ｒ２）を走査するように配置されている。制御部２９は、第３の発光素子を点灯している時間Ｔ３（Ｔ３２）が、Ｔ１＞Ｔ３＞Ｔ２を満たすように、第３の発光素子Ｓ３２の出力を制御している。これにより、より段差の少ない階段状の配光パターンを形成できる。

また、本実施の形態に係る第１の光源２０は、複数の発光素子がｍ行×ｎ列（ｍ、ｎは２以上の整数であり、第１の光源２０ではｍ＝５、ｎ＝４）のマトリックス状に配置されており、第（ｋ－１）列の発光素子に対して第ｋ列（ｋはｎ以下の整数）の発光素子が約１／２ピッチずれて配置されている。この場合、隣接する列の発光素子が１／２ピッチずれていない場合と比較して、より段差の少ない階段状の配光パターンを形成できる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係る光学ユニットは、第１の光源の構成が異なることが主な特徴であり、それ以外は第１の実施の形態と実質的な違いはない。したがって、以下では第１の光源について詳述する。

図１２（ａ）は、第２の実施の形態に係る光源を正面から見た場合の模式図、図１２（ｂ）は、第２の実施の形態に係る光学ユニットにより形成されるハイビーム用配光パターンを示す図、図１２（ｃ）は、第２の実施の形態に係る光学ユニットにより形成される他のハイビーム用配光パターンを示す図である。

図１２（ａ）に示す第１の光源１２０は、９個の発光素子Ｓ１１’～Ｓ３１’がｍ行×ｎ列（ｍ、ｎは２以上の整数であり、第１の光源１２０ではｍ＝３、ｎ＝３）のマトリックス状に配置されており、第（ｋ－１）列の発光素子Ｓ１１’～Ｓ１３’に対して第ｋ列（ｋはｎ以下の整数）の発光素子Ｓ２１’～Ｓ２３’が１／３ピッチ（１ピッチ＝Ｐ’）ずれて配置されている。

このように構成された第１の光源１２０を用いた光学ユニット１８は、図１２（ｂ）に示すハイビーム用配光パターンＰＨだけでなく、図１２（ｃ）に示す斜めカットオフラインを有する部分ハイビーム用配光パターンＰＨ”も形成できる。

図１２（ｂ）に示すハイビーム用配光パターンＰＨは、発光素子Ｓ１１’～Ｓ３３’の光源像が走査されることで形成される走査パターンＰ１１’～Ｐ３３’が重畳されたものである。

また、図１２（ｃ）に示す部分ハイビーム用配光パターンＰＨ”も、発光素子Ｓ１１’～Ｓ３’の光源像が走査されることで形成される走査パターンＰ１１’～Ｐ３３’が重畳されたものであるが、各発光素子の点灯時間が異なる。

発光素子Ｓ１１’、Ｓ２１’、Ｓ３１’は、一周期の点灯時間Ｔ１’が最も長く、図１２（ｃ）に示す走査パターンＰ１１’、Ｐ２１’、Ｐ３１’が形成され、各走査パターンが重畳されることで、主として水平線より下方の範囲Ｒ１’を照射する。

発光素子Ｓ１２’は、一周期の点灯時間がＴ１２’（Ｔ１２’＜Ｔ１’）であり、発光素子Ｓ２２’は、一周期の点灯時間がＴ２２’（Ｔ２２’＜Ｔ１’）であり、発光素子Ｓ３２’は、一周期の点灯時間がＴ３２’（Ｔ３２’＜Ｔ１’）であり、図１２（ｃ）に示すように、主として自車線側のＨ－Ｈ線およびその直上を含む範囲Ｒ２’を照射する。範囲Ｒ２’は範囲Ｒ１’と一部が重複している。

発光素子Ｓ１３’は、一周期の点灯時間がＴ１３’（Ｔ１３’＜Ｔ１’）であり、発光素子Ｓ２３’は、一周期の点灯時間がＴ２３’（Ｔ２３’＜Ｔ１’）であり、発光素子Ｓ３３’は、一周期の点灯時間がＴ３３’（Ｔ３３’＜Ｔ１’）であり、図１２（ｃ）に示すように、主として自車線側のＨ－Ｈ線の上方の範囲Ｒ３’を照射する。範囲Ｒ３’は範囲Ｒ２’と一部が重複している。

なお、各発光素子の点灯時間の関係は、Ｔ１３’、Ｔ２３’、Ｔ３３’＜Ｔ１２’、Ｔ２２’、Ｔ３２’＜Ｔ１である。

制御部２９は、点消灯する発光素子の選択だけでなく、点灯する複数の発光素子の点灯時間をそれぞれ制御することで、図１２（ｃ）に示すように、配光パターンの自車線側カットオフラインが外側に向かって斜めまたは階段状に高くなる配光パターンを形成できる。このように、本実施の形態に係る光学ユニットは、車両用前照灯に適した斜めカットオフラインを有する配光パターンを形成できる。

加えて、第２の実施の形態に係る第１の光源１２０は、隣接する列の発光素子と１／３ピッチずれて配置されている。そのため、第１の実施の形態の第１の光源２０のように約１／２ピッチずれて配置されている場合と比較して、斜めカットオフラインの形成に関与する走査パターン同士の段差が小さい。その結果、よりスムーズな斜めカットオフラインを有する配光パターンが得られる。

［第３の実施の形態］
第１の実施の形態に係る車両用前照灯１０においては、回転リフレクタ２２のブレード２２ａの形状が、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。一方、第３の実施の形態に係る車両用前照灯１０においては、回転リフレクタとしてポリゴンミラーを用いており、それ以外は第１の実施の形態と実質的な違いはない。したがって、以下の説明においては、回転リフレクタについて詳述し、第１の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。

図１３は、第３の実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面図である。第３の実施の形態に係る車両用前照灯１１０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、１つの光学ユニット１１８が収容される空間として機能する。光学ユニット１１８は、可変ハイビームとロービームの両方を照射できるように構成されたランプユニットである。

本実施の形態に係る光学ユニット１１８は、光源２２０と、光源２２０から出射した第１の光Ｌ１の光路を変化させてポリゴンミラー１２２の反射面１２２ａに向かわせる１次光学系（光学部材）としての集光用レンズ２３と、第１の光Ｌ１を反射しながら回転軸Ｒを中心に回転するポリゴンミラー１２２と、投影レンズ１２４と、制御部２９と、を備える。

光源２２０は、複数の素子がマトリックス状に配置されている。投影レンズ１２４は、ポリゴンミラー１２２で反射された第１の光Ｌ１を光学ユニットの光照射方向（図１左方向）に集光し投影する。これにより、光学ユニット１１８の前方に光源像を鮮明に投影できる。

ポリゴンミラー１２２は、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、ポリゴンミラー１２２は、回転しながら反射した各光源の光を走査することで所望の配光パターンを形成するように反射面１２２ａが設けられている。つまり、ポリゴンミラー１２２は、その回転動作により、発光部からの可視光を照射ビームとして出射するものであり、かつ、該照射ビームを走査せしめることによって所望の配光パターンを形成する。

ポリゴンミラー１２２の回転軸Ｒは、光軸Ａｘに対してほぼ垂直になっており、光軸Ａｘと光源２２０とを含む平面と交差するように設けられている。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の光（照射ビーム）の走査平面と略直交するように設けられている。このようなポリゴンミラー１２２を用いた車両用前照灯１１０においても、前述の各種配光パターンの形成が可能である。

［第４の実施の形態］
上述の各実施の形態において、静止した回転リフレクタに反射されて前方へ投影された光源像は、いずれも同じ大きさの矩形として説明されている。しかしながら、矩形の発光面を有する各発光素子は、入力する電流（電力）の大きさを制御する（変化させる）ことで、静止状態での光源像としての大きさを変化させることができる。

図１４は、矩形の発光面を有する発光素子の出力が異なる場合の光源像の大きさを比較する模式図である。図１４に示す光源像Ｌ２１は、例えば発光素子の使用上限出力で発光（光量１００％）させた場合であり、実線で囲まれた範囲Ｒ２１が所定の光度より高い領域を示している。なお、ＬＥＤ等の一般的な発光素子の場合、発光面の中央が一番明るく、発光面の外縁に近づくに従って暗くなる傾向がある。また、所定の光度とは、例えば、光源像を走査して配光パターンを形成した際に、光学ユニットの使用者が配光パターンの輪郭として認識する程度の明るさである。

図１４に示す光源像Ｌ２１’は、例えば発光素子の使用上限出力の半分で発光（光量５０％）させた場合であり、実線で囲まれた範囲５１’が所定の光度より高い領域を示している。なお、光源像Ｌ２１’の範囲Ｒ２１’は、光源像Ｌ２１の範囲Ｒ２１よりも小さい。

図１４に示す光源像Ｌ２１”は、例えば発光素子の使用上限出力の１０％で発光（光量１０％）させた場合であり、実線で囲まれた範囲５１”が所定の光度より高い領域を示している。なお、光源像Ｌ２１”の範囲Ｒ２１”は、光源像Ｌ２１’の範囲Ｒ２１’よりも小さい。

このように、発光素子の出力を変化させることで所定の光度で照射される範囲（光源像の大きさ）が変化する。そこで、制御部２９は、回転リフレクタ２２が回転しながら反射した光を光源像として走査する際に、発光素子の出力を変化させることで、新たな形状の配光パターンを形成できる。

図１５は、配光パターンの一例を示す模式図である。図１５に示すように、制御部２９は、発光素子を使用上限出力で駆動し、光源像Ｌ２１が図の左から右に向かって走査される。その後、制御部２９は、所定のタイミングで発光素子の出力を下げ始め、光源像Ｌ２１から光源像Ｌ２１’、光源像Ｌ２１”へと徐々に光源像の大きさを小さくする。これにより、配光パターンＰ２１”が形成される。配光パターンＰ２１”は、左端領域から中央領域までが矩形であり、右端領域の上辺Ｅ１および下辺Ｅ２が斜めになっている。したがって、配光パターンＰ２１”は、斜めの上辺Ｅ１を斜めカットオフラインとして用いることができる。

図１６（ａ）は、第４の実施の形態に係る点灯した発光部が静止した回転リフレクタに反射されて前方へ光源像として投影された様子を示す模式図、図１６（ｂ）は、回転リフレクタが回転することで図１６（ａ）に示す光源像が走査されて形成された第５の配光パターンを示す図である。

図１６（ａ）に示す光源像Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ３１は、発光素子Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ３１の各発光面に対応したものである。なお、第５の配光パターンＰＨ'''を形成する際には、発光素子Ｓ１１は、一周期の点灯時間Ｔ１が最も長く、図１６（ｂ）に示す走査パターンＰ１１”が形成される。また、発光素子Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ３１は、一周期の点灯時間の後半で徐々に出力が低下するように制御され、図１５に示す配光パターンＰ２１”や、類似の配光パターンＰ２２”，Ｐ３１”が形成される。また、各走査パターンは、隣接する走査パターンと一部が重畳するように形成されている。

制御部２９は、点消灯する発光素子の選択だけでなく、点灯する複数の発光素子の点灯時間や出力をそれぞれ制御することで、図１６（ｂ）に示すように、配光パターンの自車線側カットオフラインが外側に向かって斜めまたは階段状に高くなる第５の配光パターンＰＨ'''を形成できる。なお、一周期の点灯時間の前半から徐々に出力が増大するように制御することで、配光パターンの対向車線側カットオフラインが外側に向かって斜めまたは階段状に高くなる配光パターンＰＨ'''を形成することもできる。このように、本実施の形態に係る光学ユニットは、車両用前照灯に適した斜めカットオフラインを有する配光パターンを形成できる。

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。

１０ 車両用前照灯、 １８ 光学ユニット、 ２０ 第１の光源、 ２２ 回転リフレクタ、 ２４ 投影レンズ、 ２６ 第２の光源、 ２９ 制御部、 ３４ モータ、 ３６ 第１の発光部、 ３８ 第２の発光部、 ４０ 第３の発光部、 ４２ 第４の発光部、 １００ 制御装置、 １１０ 車両用前照灯、 １１８ 光学ユニット、 １２０ 第１の光源、 １２２ ポリゴンミラー、 １２４ 投影レンズ、 ２２０ 光源。

Claims (5)

1. 複数の発光素子がアレイ状に配置されている光源と、
   前記光源から出射した光を反射しながら回転する回転リフレクタと、
   前記複数の発光素子の点灯状態を制御する制御部と、を備え、
   前記回転リフレクタは、回転しながら反射した光を光源像として走査することで配光パターンを形成するように反射面が設けられており、
   前記複数の発光素子は、第１の発光素子、第２の発光素子および第３の発光素子を含み、
   前記第３の発光素子は、出射した光が、前記第１の発光素子から出射された光が走査される領域および前記第２の発光素子から出射された光が走査される領域と重複する領域で、水平線に沿って走査されるように配置されており、
   前記制御部は、前記第１の発光素子の点灯時間Ｔ１が、前記第２の発光素子の点灯時間Ｔ２（Ｔ２＞０）よりも長くなるように、前記第１の発光素子および前記第２の発光素子の点灯状態を制御することを特徴とする光学ユニット。
2. 前記光源は、光源像として走査される方向に対して交差する方向に前記第１の発光素子および前記第２の発光素子が並んで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. 前記制御部は、前記第３の発光素子を点灯している時間Ｔ３が、Ｔ１＞Ｔ３＞Ｔ２を満たすように、前記第３の発光素子の出力を制御す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. 前記制御部は、前記配光パターンの自車線側カットオフラインが外側に向かって斜めまたは階段状に高くなるように前記複数の発光素子の点灯状態を制御することを特徴とする請求項３に記載の光学ユニット。
5. 前記光源は、複数の発光素子がｍ行×ｎ列（ｍ、ｎは２以上の整数）のマトリックス状に配置されており、第（ｋ－１）列の発光素子に対して第ｋ列（ｋはｎ以下の整数）の発光素子が１／ｎピッチずれて配置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項に記載の光学ユニット。

Images