JP7009465B2 - 光学ユニット - Google Patents

Description

本発明は、光学ユニットに関する。

従来、光源から側方に出射した光を回転リフレクタで前方に反射し、所望の配光パターンを形成する光学ユニットが考案されている（特許文献１参照）。

国際公開第１１／１２９１０５号パンフレット

上述の光学ユニットは、光源を回転リフレクタの側方に配置しているため、光学ユニット全体の幅方向が大きくなりがちである。そのため、このような光学ユニットを車両用ヘッドランプに採用しようとしても、意匠的な制約から困難な場合が有り得る。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、構成の配置が新規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、車両用灯具に用いられる光学ユニットであって、光学ユニットは、光源と、光源から出射された光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と、を備える。回転リフレクタは、該回転リフレクタの回転軸が水平面と交差するように配置されている。

この態様によると、光源を回転リフレクタの回転軸よりも上方または下方に配置できる。

光源から出射し、回転リフレクタで反射された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。光源は、車両の前後方向において回転リフレクタと投影レンズとの間、かつ、回転リフレクタの回転軸よりも下方に配置されていてもよい。これにより、光学ユニットの車両前後方向の長さを抑制できる。

光源は、一つ以上の第１の発光素子を含む第１の光源と、一つ以上の第２の発光素子を含む第２の光源と、を有してもよい。回転リフレクタは、第１の光源から出射した光を該回転リフレクタの右側または左側の一方の領域で反射し、第２の光源から出射した光を該回転リフレクタの右側または左側の他方の領域で反射してもよい。これにより、二つの光源から出射した光を一つの回転リフレクタで反射できる。

第１の光源および第２の光源を搭載する基板を更に備えてもよい。これにより、部品点数や製造工数を削減できる。

投影レンズは、第１の光源から出射し回転リフレクタで反射された光が入射する第１の投影部と、第２の光源から出射し回転リフレクタで反射された光が入射する第２の投影部と、を有してもよい。これにより、複数の配光パターンを形成できる。

投影レンズの入射面側に遮光部が設けられており、遮光部は、第１の光源から出射し回転リフレクタで反射された光が第２の投影部に入射することを妨げると共に、第２の光源から出射し回転リフレクタで反射された光が第１の投影部に入射することを妨げるように配置されていてもよい。これにより、例えば、第２の光源が消灯しているにもかかわらず、第１の光源から出射した光が迷光として第２の投影部を通過してグレアを発生させることを抑制できる。あるいは、第１の光源が消灯しているにもかかわらず、第２の光源から出射した光が迷光として第１の投影部を通過してグレアを発生させることを抑制できる。

第１の投影部は、第２の投影部の後側焦点距離Ｌ２よりも長い後側焦点距離Ｌ１を有してもよい。回転リフレクタは、該回転リフレクタの回転軸が車両の前後方向に対して第１の投影部に向かって傾いていてもよい。これにより、例えば、第１の投影部から出射した光は、第２の投影部から出射した光よりも集光されやすくなる。換言すると、第２の投影部から出射した光は、第１の投影部から出射した光よりも拡散しやすくなる。

回転リフレクタは、回転部と、回転部の周囲に設けられた、反射面として機能する複数のブレードと、を有してもよい。回転リフレクタは、回転しながら反射した光源の光が配光パターンを形成するよう反射面が設けられていてもよい。

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、構成の配置が新規な光学ユニットを提供することができる。

第１の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を模式的に示す上面図である。 第１の実施の形態に係る車両用前照灯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回転リフレクタの構成を模式的に示した側面図である。 第１の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、回転リフレクタのブレードが基準位置に対して２０°回転した状態の光源像を説明するための模式図、図５（ｂ）は、回転リフレクタのブレードが基準位置に対して１６０°回転した状態の光源像を説明するための模式図である。 第２の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を示す上面図である。 第３の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を模式的に示す上面図である。 第３の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を模式的に示す側面図である。 第４の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を模式的に示す上面図である。 第４の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を模式的に示す側面図である。

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、種々の灯具に用いることができる。以下では、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］
図１は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を模式的に示す上面図である。図２は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を模式的に示す側面図である。なお、以下の各図では、車両用前照灯の構成であるランプボディ、カバー、エクステンション等の一部の部品の図示を省略している。

車両用前照灯１０は、光学ユニット１２を備える。光学ユニット１２は、光源１４と、光源１４から出射された光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１６と、を備える。回転リフレクタ１６は、回転リフレクタの回転軸Ｒが水平面Ｈと交差するように配置されている。

ここで、水平面Ｈとは、地球の重力と直角に交わる面といった物理的に定義される場合だけでなく、例えば、後述する投影レンズの光軸や中心軸（投影レンズの中心を通過する直線）を含み、車両用前照灯１０を載置する基準面Ｐに対して平行な面ということができる。あるいは、左右の車両用前照灯の各光軸を含む平面を水平面Ｈとしてもよい。また、回転軸Ｒが水平面Ｈと交差するとは、回転軸Ｒを延長した線が水平面Ｈと交差する場合も含まれる。

光源１４は、４個の発光素子１４ａが車幅方向Ｗに沿って一列に配置されている。発光素子は、ＬＥＤ、ＥＬ素子、ＬＤ素子などの半導体発光素子が用いられる。発光素子１４ａは、一つの素子搭載用基板１５に搭載されている。また、素子搭載用基板１５は、ヒートシンク１７の表面に固定されている。

図３は、第１の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、第１の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１６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、回転リフレクタ１６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１６ａが設けられている。つまり、回転リフレクタ１６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１６は、反射面として機能する、形状の同じ２枚のブレード１６ａが筒状の回転部１６ｂの周囲に設けられている。回転リフレクタ１６の回転軸Ｒは、水平面Ｈに対して斜めになっている。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Ｓと交差するように設けられている。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捉えることができる。この走査平面Ｓを前述の水平面Ｈと捉えてもよい。

また、回転リフレクタ１６のブレード１６ａ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に示すように光源１４の光を用いた走査が可能となる。

また、本実施の形態に係る光学ユニット１２は、図２に示すように、光源１４を回転リフレクタ１６の回転軸Ｒよりも下方に配置できる。あるいは、光学ユニット１２を上下反転することで、光源１４を回転リフレクタ１６の回転軸Ｒよりも上方に配置できる。

また、光学ユニット１２は、光源１４から出射し、回転リフレクタ１６で反射された光を光学ユニット１２の光照射方向（前方Ｆ）に投影する投影レンズ１８を備えている。光源１４は、車両の前後方向（光軸Ａｘに沿った方向）において回転リフレクタ１６と投影レンズ１８との間、かつ、回転リフレクタ１６で反射された光の光路Ｌよりも下方（あるいは回転リフレクタ１６の回転軸よりも下方）に配置されている。これにより、光学ユニット１２の車両前後方向の長さを抑制できる。

なお、本実施の形態に係る光学ユニット１２は、光源１４から出射した光の光路を変化させて回転リフレクタ１６のブレード１６ａ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２０を備える。

次に、回転リフレクタ１６の回転に伴う光源像の移動について説明する。図５（ａ）は、回転リフレクタ１６のブレード１６ａが基準位置に対して２０°回転した状態の光源像を説明するための模式図、図５（ｂ）は、回転リフレクタ１６のブレード１６ａが基準位置に対して１６０°回転した状態の光源像を説明するための模式図である。

図５（ａ）に示すように、光源１４の２次光源（光源虚像）１９は、光源１４に対してブレード１６ａを挟んで反対側にある。そして、２次光源１９から光が出射し反転投影されて前方に光源像からなるパターンＰ１が形成される。その後、図５（ｂ）に示すように、回転リフレクタ１６のブレード１６ａが基準位置に対して１６０°の位置まで回転する。この位置での光源１４の２次光源（光源虚像）１９は、図５（ｂ）に示すとおりである。そして、２次光源１９から光が出射し反転投影されて前方に光源像からなるパターンＰ１が形成される。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、回転リフレクタ１６は、反射面として機能する複数のブレード１６ａと、を有している。また、回転リフレクタ１６は、回転しながら反射した光源の光が配光パターンを形成するよう反射面が設けられている。

［第２の実施の形態］
図６は、第２の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を示す上面図である。なお、第２の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を示す側面図は、図２とほぼ同じであるため、図示を省略する。

車両用前照灯３０は、光学ユニット３２を備える。光学ユニット３２は、４つの発光素子３４ａを含む第１の光源３４と、３つの発光素子３６ａを含む第２の光源３６と、を有している。回転リフレクタ１６は、第１の光源３４から出射した光を回転リフレクタの右側の領域Ｒ１で反射し、第２の光源３６から出射した光を回転リフレクタ１６の左側の領域Ｒ２で反射している。これにより、二つの光源から出射した光を一つの回転リフレクタ１６で反射できる。

また、光学ユニット３２は、第１の光源３４および第２の光源３６を搭載する共通の素子搭載用基板３８を更に備えている。これにより、基板の数を削減でき、また、製造工数を削減できる。素子搭載用基板３８は、ヒートシンク３９の表面に固定されている。

また、光学ユニット３２は、投影レンズ４０を有する。投影レンズ４０は、第１の光源３４から出射し回転リフレクタ１６で反射された光が入射する第１の投影部４０ａと、第２の光源３６から出射し回転リフレクタ１６で反射された光が入射する第２の投影部４０ｂと、を有している。また、投影レンズ４０は一部品で構成されており、第１の投影部４０ａと第２の投影部４０ｂとが一体的に設けられている。これにより、レンズの数を削減できる。また、複数の配光パターンを合成した一つの配光パターンを一つの光学ユニットで形成できる。

なお、本実施の形態に係る光学ユニット３２は、第１の光源３４から出射した光の光路を変化させて回転リフレクタ１６の右側の領域Ｒ１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４２と、第２の光源３６から出射した光の光路を変化させて回転リフレクタ１６の左側の領域Ｒ２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４４と、を有する。

［第３の実施の形態］
図７は、第３の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を模式的に示す上面図である。図８は、第３の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を模式的に示す側面図である。なお、第２の実施の形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。

第３の実施の形態に係る車両用前照灯５０は、光学ユニット５２を有する。光学ユニット５２は、投影レンズ５４を有する。投影レンズ５４の第１の投影部５４ａは、第２の投影部５４ｂの後側焦点距離Ｌ２（主点Ｈ’と後側焦点Ｆ’との距離）よりも長い後側焦点距離Ｌ１（主点Ｈと後側焦点Ｆとの距離）を有している。また、回転リフレクタ１６は、回転リフレクタの回転軸Ｒが車両の前後方向（光軸Ａｘに沿った方向）に対して第１の投影部５４ａに向かって傾いていている。

これにより、例えば、第１の投影部５４ａから出射した光は、第２の投影部５４ｂから出射した光よりも集光されやすくなる。換言すると、第２の投影部５４ｂから出射した光は、第１の投影部５４ａから出射した光よりも拡散しやすくなる。換言すると、第１の投影部５４ａを通過した光は、走査する領域が相対的に狭くなるため、光度が上昇する。一方、第２の投影部５４ｂを通過した光は、走査する領域が相対的に広くなるため、光度が低下する。

つまり、第１の投影部５４ａを通過した光により形成される配光パターンは、照射範囲は狭いものの光度が高いため、例えば、ハイビーム用配光パターンに適している。また、第２の投影部５４ｂを通過した光により形成される配光パターンは、光度は低いものの照射範囲は広いため、例えば、ロービーム用配光パターンに適している。

［第４の実施の形態］
図９は、第４の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を模式的に示す上面図である。図１０は、第４の実施の形態に係る車両用前照灯の概略構成を模式的に示す側面図である。なお、上述の各実施の形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。

第４の実施の形態に係る車両用前照灯６０は、光学ユニット６２を有する。光学ユニット６２は、入射側に２つの凸レンズ部があり、出射側に一つの凸レンズ部が設けられている投影レンズ４６を有する。投影レンズ４６の入射面４６ｃ側には遮光部６４が設けられている。遮光部６４は、第１の光源３４から出射し回転リフレクタ１６で反射された光が第２の投影部４６ｂに入射することを妨げると共に、第２の光源３６から出射し回転リフレクタ１６で反射された光が第１の投影部４６ａに入射することを妨げるように配置されている。

遮光部６４は、板状の部材であり、投影レンズ４６の第１の投影部４６ａと第２の投影部４６ｂとの境界４６ｄを含む面であって、境界４６ｄの後方に配置されている。これにより、例えば、第２の光源３６が消灯しているにもかかわらず、第１の光源３４から出射した光が迷光として第２の投影部４６ｂを通過してグレアを発生させることを抑制できる。あるいは、第１の光源３４が消灯しているにもかかわらず、第２の光源３６から出射した光が迷光として第１の投影部４６ａを通過してグレアを発生させることを抑制できる。

（変形例）
次に、光学ユニットの各構成の諸元の範囲について例示する。回転リフレクタ１６の回転軸Ｒと水平面Ｈとの成す角α（図２参照）は、例えば、１～４５°の範囲、好ましくは３～３０°の範囲、より好ましくは５～２０°の範囲である。回転リフレクタ１６の直径は、例えば、３０～１００ｍｍの範囲、好ましくは４０～８０ｍｍの範囲、より好ましくは、５０～７０ｍｍの範囲である。

投影レンズの幅（車幅方向）は、例えば、５０～１２０ｍｍの範囲、好ましくは６０～１００ｍｍの範囲、より好ましくは７０～９０ｍｍの範囲である。投影レンズの高さ（車高方向）は、例えば、２０～６０ｍｍ、好ましくは、２５～５０ｍｍ、より好ましくは２５～３５ｍｍである。

光源から出射した光が回転リフレクタのブレード１６ａに入射する入射角β（図２参照）は、４５°未満であり、好ましくは３０°以下、より好ましくは２０°以下であるとよい。これにより、回転リフレクタで反射した光の光束の投影レンズへの入射効率が向上する。

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。

１０ 車両用前照灯、 １２ 光学ユニット、 １４ 光源、 １４ａ 発光素子、 １５ 素子搭載用基板、 １６ 回転リフレクタ、 １６ａ ブレード、 １６ｂ 回転部、 １８ 投影レンズ、 ３０ 車両用前照灯、 ３２ 光学ユニット、 ３４ 第１の光源、 ３４ａ 発光素子、 ３６ 第２の光源、 ３６ａ 発光素子、 ３８ 素子搭載用基板、 ４０ 投影レンズ、 ４０ａ 第１の投影部、 ４０ｂ 第２の投影部、 ４０ｃ 入射面、 ６４ 遮光部。

本発明は、車両用灯具に利用できる。

Claims (9)

1. 車両用灯具に用いられる光学ユニットであって、
   前記光学ユニットは、
   光源と、
   前記光源から出射された光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と、を備え、
   前記回転リフレクタは、該回転リフレクタの回転軸が水平面と交差するように配置されていることを特徴とする光学ユニット。
2. 前記光源から出射し、前記回転リフレクタで反射された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、
   前記光源は、車両の前後方向において前記回転リフレクタと前記投影レンズとの間、かつ、前記回転リフレクタの回転軸よりも下方に配置さ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. 前記光源は、一つ以上の第１の発光素子を含む第１の光源と、一つ以上の第２の発光素子を含む第２の光源と、を有し、
   前記回転リフレクタは、前記第１の光源から出射した光を該回転リフレクタの右側または左側の一方の領域で反射し、前記第２の光源から出射した光を該回転リフレクタの右側または左側の他方の領域で反射することを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
4. 前記第１の光源および前記第２の光源を搭載する基板を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の光学ユニット。
5. 前記投影レンズは、前記第１の光源から出射し前記回転リフレクタで反射された光が入射する第１の投影部と、前記第２の光源から出射し前記回転リフレクタで反射された光が入射する第２の投影部と、を有することを特徴とする請求項３または４に記載の光学ユニット。
6. 前記光源は、一つ以上の第１の発光素子を含む第１の光源と、一つ以上の第２の発光素子を含む第２の光源と、を有し、
   前記回転リフレクタは、前記第１の光源から出射した光を該回転リフレクタの右側または左側の一方の領域で反射し、前記第２の光源から出射した光を該回転リフレクタの右側または左側の他方の領域で反射することを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
7. 前記投影レンズの入射面側に遮光部が設けられており、
   前記遮光部は、前記第１の光源から出射し前記回転リフレクタで反射された光が前記第２の投影部に入射することを妨げると共に、前記第２の光源から出射し前記回転リフレクタで反射された光が前記第１の投影部に入射することを妨げるように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の光学ユニット。
8. 前記第１の投影部は、前記第２の投影部の後側焦点距離Ｌ２よりも長い後側焦点距離Ｌ１を有し、
   前記回転リフレクタは、該回転リフレクタの回転軸が車両の前後方向に対して前記第１の投影部に向かって傾いていることを特徴とする請求項５または７に記載の光学ユニット。
9. 前記回転リフレクタは、
   回転部と、
   前記回転部の周囲に設けられた、反射面として機能する複数のブレードと、を有し、
   回転しながら反射した光源の光が配光パターンを形成するよう反射面が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学ユニット。

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