JP6872417B2 - 光学ユニット - Google Patents

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）。

特開２０１５−２６６２８号公報

しかしながら、上述の光学ユニットを備えるランプユニットは、いわゆるハイビーム用配光パターンを形成するためのものであり、例えば、路面描画用のパターンを形成するためには別途のランプユニットが必要である。

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、配光パターン用の第１の光源と、路面描画用の第２の光源と、第１の光源から出射した第１の光を反射しながら回転軸を中心に回転する第１のリフレクタと、第２の光源から出射した第２の光を反射する第２のリフレクタと、第２のリフレクタを、該第２のリフレクタが第２の光を反射する反射位置と、該第２のリフレクタが第１のリフレクタで反射された第１の光を妨げない退避位置と、の間で移動する移動機構と、を備える。

この態様によると、第２のリフレクタが退避位置にある場合には、第１の光源から出射して第１のリフレクタで反射された第１の光で配光パターンを形成できる。一方、第２のリフレクタが反射位置にある場合には、第２の光源から出射して第２のリフレクタで反射された第２の光で路面描画できる。

移動機構は、反射位置にある第２のリフレクタを光学ユニットの上方に向けて移動させることで退避位置に移動してもよい。これにより、移動機構を備えつつ幅方向の大きさが抑制された光学ユニットを実現できる。

第１の光源は、第２の光によって路面描画されている際に、消灯または減光制御されてもよい。これにより、第１の光源での消費電力を抑制できる。

第１のリフレクタで反射された第１の光および第２のリフレクタで反射された第２の光を光学ユニットの光照射方向に投影する投影レンズを更に備えてもよい。これにより、投影レンズは、第１の光源および第２の光源の両者で共用できる。

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、複数のパターンを形成可能な新たな光学ユニットを実現できる。

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。 図５（ａ）は、本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およびロービーム用配光パターンを示す図、図５（ｂ）は、本実施の形態に係る光学ユニットにより形成される可変ハイビーム用配光パターンおよびロービーム用配光パターンを示す図である。 本実施の形態に係る可動リフレクタが反射位置にある状態の車両用前照灯の水平断面図である。 本実施の形態に係る可動リフレクタが反射位置にある状態の車両用前照灯の正面図である。 路面描画パターンの一例を示す図である。

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の上方に配置された第２の光源２５（詳細は後述）と、第１の光源２０と投影レンズ２４との間に配置された第３の光源２６と、第３の光源２６から出射した第２の光Ｌ３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、９個の素子がマトリックス状あるいは凹状に配置されている。第３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Ｌ３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３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３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３の光源２６は、ヒートシンク３２に搭載されている。

図５（ａ）は、本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およびロービーム用配光パターンを示す図、図５（ｂ）は、本実施の形態に係る光学ユニットにより形成される可変ハイビーム用配光パターンおよびロービーム用配光パターンを示す図である。

図５（ａ）に示すハイビーム用配光パターンＰＨは、少なくとも水平線より上方の領域を照射する配光パターンであり、ロービーム用配光パターンＰＬは、水平線より下方の領域を照射する配光パターンである。また、図５（ｂ）に示す可変ハイビーム用配光パターンＰＨ’は、前述のハイビーム用配光パターンＰＨの一部の領域Ｒ１を非照射領域とした配光パターンであり、領域Ｒ１に存在する前方車両のドライバに対するグレアを抑制できる。

可変ハイビーム用配光パターンＰＨ’は、回転リフレクタ２２が回転しながら反射した第１の光源２０の第１の光Ｌ１で車両前方を走査する際に、第１の光Ｌ１が領域Ｒ１を通過するタイミングで第１の光源２０の対応する発光素子を消灯制御することで得られる。

（路面描画機構）
本実施の形態に係る光学ユニット１８は、図１や図２に示すように、第１の光源２０と、路面描画用の第２の光源２５と、第１の光源２０から出射した第１の光Ｌ１を反射しながら回転軸を中心に回転する回転リフレクタ２２と、第２の光源２５から出射した第２の光Ｌ２を反射する第２のリフレクタとしての可動リフレクタ３６と、可動リフレクタ３６を移動する移動機構３８と、を備える。

第２の光源２５は、４個の素子が一列に配置されている。可動リフレクタ３６は、厚さが２ｍｍ程度の台形の反射ミラーであり、ポリカーボネートのベース基材の表面に金属反射膜が形成されている。移動機構３８は、ソレノイド等を備えた駆動源により回転する回転軸４０と、可動リフレクタ３６と回転軸４０とを連結するクランク状のアーム４２と、を有する。

図６は、本実施の形態に係る可動リフレクタ３６が反射位置にある状態の車両用前照灯の水平断面図である。図７は、本実施の形態に係る可動リフレクタ３６が反射位置にある状態の車両用前照灯の正面図である。

図１や図２に示す可動リフレクタ３６は、移動機構３８により退避位置に移動している。退避位置は、回転リフレクタ２２で反射された第１の光Ｌ１が投影レンズ２４に入射することを可動リフレクタ３６が妨げない位置である。

一方、図６や図７に示すように、移動機構３８により可動リフレクタ３６は反射位置に移動する。これにより、可動リフレクタ３６が退避位置にある場合には、第１の光源２０から出射して回転リフレクタ２２で反射された第１の光Ｌ１で配光パターン（ＰＨ，ＰＨ’）を形成できる。一方、可動リフレクタ３６が反射位置にある場合には、第２の光源２５から出射して可動リフレクタ３６で反射された第２の光Ｌ２（路面描画用ビーム）で路面描画できる。

路面描画用ビームとは、車両前方の路面に何らかのパターンを描画するためのものである。この路面描画パターンは、自車両の運転者、周囲の歩行者、あるいは前走車の運転者等に、何らかの状態や状況を知らせるための情報を含んでいる。図８は、路面描画パターンの一例を示す図である。路面描画パターンＰ１は、第２の光源２５の発光面の形状に応じた矩形の領域であり、例えば、路側帯に存在する歩行者に自車両の接近を気づかせるといった役割を持つ。

また、移動機構３８は、図６や図７に示す反射位置にある可動リフレクタ３６を光学ユニット１８の上方に向けて移動させることができる（図１や図２参照）。これにより、移動機構３８を備えつつ幅方向の大きさが抑制された光学ユニット１８を実現できる。

また、第１の光源２０は、第２の光源２５から出射される第２の光Ｌ２によって路面描画されている際に、消灯または減光制御されてもよい。これにより、第１の光源２０での消費電力を抑制できる。

また、本実施の形態に係る投影レンズ２４は、回転リフレクタ２２で反射された第１の光Ｌ１および可動リフレクタ３６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投影する。つまり、投影レンズ２４は、第１の光源２０および第２の光源２５の両者で共用される。

以上のように、本実施の形態に係る光学ユニット１８は、複数のパターンを形成できる新たな光学ユニットである。

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 第１の光、 Ｐ１ 路面描画パターン、 Ｒ１ 領域、 Ｌ２，Ｌ３ 第２の光、 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、 ２３ 集光用レンズ、 ２４ 投影レンズ、 ２５ 第２の光源、 ２６ 第３の光源、 ２８ 拡散用レンズ、 ２９ 制御部、 ３４ モータ、 ３６ 可動リフレクタ、 ３８ 移動機構、 ４０ 回転軸、 ４２ アーム。

Claims (4)

1. 配光パターン用の第１の光源と、
   路面描画用の第２の光源と、
   前記第１の光源から出射した第１の光を反射しながら回転軸を中心に回転する第１のリフレクタと、
   前記第２の光源から出射した第２の光を反射する第２のリフレクタと、
   前記第２のリフレクタを、該第２のリフレクタが前記第２の光を反射する反射位置と、該第２のリフレクタが前記第１のリフレクタで反射された第１の光を妨げない退避位置と、の間で移動する移動機構と、
   を備えることを特徴とする光学ユニット。
2. 前記移動機構は、前記反射位置にある前記第２のリフレクタを光学ユニットの上方に向けて移動させることで前記退避位置に移動す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１の光源は、前記第２の光によって路面描画されている際に、消灯または減光制御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. 前記第１のリフレクタで反射された第１の光および前記第２のリフレクタで反射された第２の光を光学ユニットの光照射方向に投影する投影レンズ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項に記載の光学ユニット。

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