JP7370713B2 - 光学ユニット - Google Patents

Description

本発明は、光学ユニットに係り、より詳細には、複数の光源を備える光学ユニットに関する。

従来、複数の光源と、複数の光源の各々にそれぞれが対応するように設けられた複数のレンズを用いて、投影レンズの後方焦点面に複数の光源像を形成し、投影レンズにより前記複数の光源像の投影像を前方へ投影することにより、一体的な配光パターンを形成する車両用灯具用の光学ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

複数の光源と、複数のレンズを用いる光学ユニットでは、１つの光源から照射された光線が、対応するレンズ以外のレンズに入射して、意図しない配光が形成され、前走車にグレアを与えることになる虞がある。

このため、特許文献１では、複数のレンズのうち隣り合う２つを仕切るように延在する仕切部材を設けることが提案されている。

特開２０１１－１７１００２号公報

しかし、光源からの光を集光して、投影レンズの後方焦点面に光源像を形成するために設けられるレンズは、寸法が小さく、複数のレンズの間に仕切部材を設けた構成は、複雑で、部品点数が多く、組み付け作業が困難であるという問題があった。このため、組み付けの誤差が大きくなるという問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、複数の光源と複数のレンズとを用いながら、意図しない配光を防止可能で、しかも組付け誤差が小さい光学ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る光学ユニットは、複数の光源と、前記複数の光源の各々に、それぞれが対応するように配置され、対応する光源からの光を集光して、所定の仮想面上において対応する光源像を形成する、一体に形成された複数の第１のレンズと、複数の前記光源像の投影像を前方へと投影する第２のレンズと、前記複数の第１のレンズにおいて、隣接する２つの第１のレンズ間に延在し、一方の第1のレンズを通過する光が、他方の第１のレンズに入射しないように遮光する遮光部材とを備え、前記遮光部材と、前記複数の第１のレンズとは、２色成形により一体に形成され、前記遮光部材は、前記第１のレンズの厚さ方向の、内部から後面側に向かって突出するように設けられている。

上記態様によれば、複数の光源と，複数の第１のレンズを備える光学ユニットにおいて、隣り合う２つの第１のレンズの間に、遮光部材を設け、意図しない光源からの光が前方へ出射されないように構成したので、意図しない配光を防止できる。

また、上記態様によれば、複数の第１のレンズを一体に形成し、さらに遮光部材と第１のレンズとを２色成形により一体に形成する。したがって、複数のレンズの組み付け、および複数のレンズと複数の遮光部材の組み付けを一度に行うことができるようになり、製造時間の短縮が可能となり、組み付け作業が簡便になる。また複数の第１のレンズ、複数の遮光部材が、それぞれ別部材であった場合に生じる組み付け誤差を低減することできる。

上記態様において、前記遮光部材が、前記第１のレンズの後面側に向かって肉厚になる楔形状に形成されていることも好ましい。

また、上記態様において、前記遮光部材が、前記第１のレンズの後面側に向かって肉薄になる逆楔形状に形成されていることも好ましい。

また、上記態様において、前記遮光部材が、透過性を有する材料で構成されていることも好ましい。

上記態様によれば、複数の光源と複数のレンズとを用いながら、意図しない配光を防止可能で、しかも組付け誤差が小さい光学ユニットを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る光学ユニットの側面図である。 同光学ユニットが備える光源ユニットの分解斜視図である。 同光源ユニットの正面図である。 （ａ）は、同光源ユニットの、図３のＩＶＡ－ＩＶＡ線に沿う断面図であり、（ｂ）は、同光源ユニットの、図３のＩＶＢ－ＩＶＢ線に沿う断面図である。 同実施の形態に係る第１のレンズを通過する光の光路を模式的に示す図である。 同実施の形態に係る第１のレンズを通過する光の光路を模式的に示す図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る灯具ユニットが備える光源ユニットの、図４（ａ）に相当する断面図であり、（ｂ）は同光源ユニットの、図４（ｂ）に相当する断面図である。 （ａ）は、同形態の１つの変形例に係る光源ユニットの、図４（ａ）に相当する断面図であり、（ｂ）は、図４（ｂ）に相当する断面図である。 （ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る灯具ユニットが備える光源ユニットの図４（ａ）に相当する断面図であり、（ｂ）は、図４（ｂ）に相当する断面図である。 （ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る光学ユニットが備える、レンズモジュールの正面図であり、（ｂ）は、同レンズモジュールの背面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。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およびその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

以下の実施の形態の説明において、同一の構成要素、部材には同一の符号を付し、また、同等の機能を有する構成要素、部材には、同一の名称を付して、重複する説明は適宜省略する。また、前後左右等の方向は、特に言及しない限り、光学ユニットすなわち、光学ユニットを備える灯具を正面視した場合における方向を意味する。また、各図において、矢印Ｕｐ－Ｌｏは上下方向を、矢印Ｌｅ－Ｒｉは左右方向を、矢印Ｆｒ－Ｒｅは前後方向を示す。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る光学ユニット１０の側面図である。該光学ユニット１０は、車両用灯具に用いられる光学ユニットであり、例えば、車両用前照灯に用いられるものである。

光学ユニット１０は、主として、第２のレンズ１２、後で詳述する複数の第１のレンズ３０（図２）を備える光源ユニット１４、およびヒートシンク１６を備える。

第２のレンズ１２は、透明樹脂で形成された投影レンズである、前側表面が凸面で、後側表面が平面の平凸非球面レンズである。第２のレンズ１２は、その後方焦点面上に形成される光源像の投影像を反転像として灯具前方の所定の仮想面上に投影する。

ヒートシンク１６は、例えば、アルミニウム等の金属であり、前面が矩形の板状で、後部が冷却フィン１６ａを構成する形状に形成されている。また、ヒートシンク１６の前面中央付近には、光源ユニット１４を取り付けるためのネジ孔（図示せず）が４箇所設けられている。

光源ユニット１４は、図２に示すように、後方から、矩形の基板１８、レンズホルダ２０、レンズモジュール２２、および金属カバー２４を備える。

基板１８の前面には、複数の光源２６が、所定間隔離隔して実装されている。光源２６としては、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ・Ｅｍｉｔｔｉｎｇ・Ｄｉｏｄｅ）やレーザダイオード等の発光素子で形成された、白色光を発する発光モジュールが採用されている。例えば、具体的には、光源２６は、青色光を発する青色ＬＥＤを、青色光を黄色光に変換する蛍光体で覆うことによって構成されている。

なお、図示の例において、４個の光源２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが用いられているが、光源の数は４個に限られず、灯具の目的および必要に応じて適宜設定することができる。また、図示の例において、光源２６は、等間隔で配置されているが、光源の間隔も、灯具の目的および必要に応じて適宜設定することができる。

また、図示しないが、光源２６は、基板１８上に設けられた金属線の導電線によって、給電コネクタおよび制御コネクタにそれぞれ接続され、電源から給電されて制御装置の制御に基づいて、点消灯し、配光可変型車両用前照灯に利用される励起光源アレイを構成する。

レンズホルダ２０は、アルミニウムやステンレス鋼等の金属製で、横幅が基板１８と同寸で、縦幅が基板１８よりも短い、横長矩形の板状部材である。また、レンズホルダ２０は、中央に複数の第１のレンズ３０と対応する寸法の横長矩形の開口２８を有する。レンズホルダ２０は、レンズモジュール２２を光源２６から所定距離離隔して配置する。

レンズモジュール２２は、主として透明または半透明の樹脂で形成されたレンズ複合体であり、複数の第１のレンズ３０を備える。レンズモジュール２２は、外形が、正面視レンズホルダ２０と合同な横長矩形の板状に形成されている。

レンズモジュール２２の中央には、複数の第１のレンズ３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）が、長手方向に直列に一体的に形成されている。第１のレンズ３０は、前側表面が凸面で、後側表面も凸面の両凸レンズであり、レンズモジュール２２の周縁部に広がるベース部３２から前後方向に突出するように形成されている。なお、各第１のレンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの前側表面および後側表面は、自由曲面を有する、正面視縦長の略楕円形状を有するレンズであるが、作図の便宜上、図２においては正面視円形のレンズとして表している。

金属カバー２４は、アルミニウムやステンレス鋼等の金属製で、レンズモジュール２２と同寸の横長矩形の板状部材である。また、金属カバー２４の中央には、レンズモジュール２２の複数の第１のレンズ３０と対応する寸法の矩形の開口３４が設けられている。

金属カバー２４の四隅には、それぞれネジ孔３６が設けられている。また、レンズモジュール２２、レンズホルダ２０、基板１８の、金属カバーの４つのネジ孔３６に対応する位置には、それぞれ４つずつのネジ孔３８，４０，４２が設けられている。

光源ユニット１４は、後方から、基板１８、レンズホルダ２０、レンズモジュール２２および金属カバー２４をこの順に重ね、前方から４本の取り付けネジにより、ヒートシンク１６（図１）の前面に設けられた４つのネジ孔（図示せず）にそれぞれネジ止めすることにより、ヒートシンク１６前面に取り付けられている。光源ユニット１４は、複数の光源２６の中央を、第２のレンズ１２の光軸Ｘ１（図４）が通過するように配置される。

ここで、レンズモジュール２２の詳細な構造を、図３，図４を参照しながら説明する。

図３は、光源ユニット１４の正面図であり、図４（Ａ）は、光源ユニット１４の、図３のＩＶＡ－ＩＶＡ線に沿う断面図、図４（Ｂ）は、光源ユニット１４の、図３のＩＶＢ－ＩＶＢ線に沿う断面図である。

前述の通り、レンズモジュール２２は、透明または半透明の樹脂で形成されたレンズ複合体である。材料の樹脂としては、例えば透明または半透明のシリコン樹脂が用いられる。あるいは、透明または半透明のメラミン樹脂、フェノール樹脂、またはエポキシ樹脂を用いてもよい。また、材料の樹脂は、高耐熱性であることが好ましい。

図４（ａ）に示すように、複数の第１のレンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、複数の光源２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄのそれぞれに対応するように配置されている。具体的には、複数の第１のレンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの光軸Ｘ２ａ，Ｘ２ｂ，Ｘ２ｃ，Ｘ２ｄが、それぞれ複数の光源２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの中心を通過するように配置されている。

複数の第１のレンズ３０のうち、隣り合う２つの間には、遮光部材３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）が設けられている。

遮光部材３１は、水平断面が扁平な楕円形で、第１のレンズ３０の上下方向の長さとほぼ同寸に上下方向に延びる扁平な楕円筒体であり、例えば着色したシリコン樹脂等の、遮光性樹脂で構成されている。遮光部材３１は、複数の第１のレンズ３０の厚さ方向の内部から、背面側に向かって突出するように設けられている。

なお、本明細書において、用語「遮光性」とは、光線を完全に遮断することのみを言うのではなく、遮光部材に入射した光が意図しないレンズに入射した場合でも、グレア光が発生しない程度に、光を遮断することをいう。

したがって、遮光性樹脂として、光を完全に遮断するものではなく、透過性を有するものを用いてもよい。このように、遮光部材３１が、透過性を有すると、光エネルギーは吸収されづらくなり、遮光部材３１の熱の発生が抑制されるので、レンズモジュールの変形等を防止できるので有利である。

レンズモジュール２２と、遮光部材３１とは、２色成形により一体に形成されている。まず、１次金型により、第１のレンズ３０およびベース部３２を一体形成する。次に、２次金型に、遮光性樹脂を射出する。

図５は、複数の第１のレンズ３０ａ、３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを通過する光の光路を矢印で模式的に示す図である。実線矢印は光源２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの上端から出射した光を、破線矢印は光源２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ）の下端から出射した光を示す。

また、図５は、図４ａと同一の断面図を示すが、断面をしめすハッチングは適宜省略している。また、第２のレンズ１２の後方焦点面Ｙは、実際には曲面状に形成されているが、ここでは後方焦点面Ｙを、便宜上平面として図示している。また、説明の便宜上、光源２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは拡大して表している。

図５に示すように、複数の第１のレンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄのそれぞれは、対応する光源２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの出射光をそれぞれ集光し、後方焦点面Ｙ上に、それぞれ互いに縁部が接して一列に並ぶ個別の光源像４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄを形成する。第２のレンズ１２は、これらの個別光源像の投影像を灯具前方に投影し、一体的な配光パターンを形成する。

図６は、本実施の形態に係る遮光部材３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）の機能を説明するために、代表として、光源２６ｂから出射された光の光路を模式的に示す図である。光源２６ｂの中央から出射される光を代表として矢印で示し、実線矢印は、実際の光の光路を示し、破線矢印は、遮光部材３１がないと仮定した場合の光の光路を示す。

詳細には、光源２６ｂから出射された光はランバーシアン特性を示し、第１のレンズ３０ｂに入射する。このため、対応する第１のレンズ３０ｂの取り込み角の範囲外で、レンズモジュール２２に入射する光５０ａ，５０ｂが存在するが、遮光部材３１ａ，３１ｂはこのような光を遮光して、特定の光源２６ｂから出射された光が、意図しない第１のレンズ３０ａ，３０ｃに入射するのを防いでいる。

したがって、遮光部材３１の第１のレンズ３０ｂ内に延在する部分の長さｄ１は、第１のレンズ３０ｂの中を進行する光が、隣接する第１のレンズ３０ａ，３０ｃに入射しないように設計される。また、長さｄ１は、光源２６ｂからの光５０ｃが遮光部材３１ｂも入射しなかった場合に、さらに隣の第１のレンズ３０ｄへの入射することを防止する長さに設計されていることも好ましい。

また、遮光部材３１の第１のレンズ後方へ突出する長さｄ２は、光源２６ｂの光が隣接する第１のレンズ３０ａ，３０ｃへ入射するのを防止する長さに設計されている。

なお、遮光部材３１が存在しない場合は、第１のレンズ３０ｂに入射した光は、破線で示すように、隣の第１のレンズ３０ａ，３０ｃを進行して灯具前方へ出射される。このことは、光源２６ｂを点灯し、光源２６ａ，２６ｃを消灯している場合に、意図せずに光源２６ａ，２６ｃも点灯しているかのような配光パターンとなり、対向車にグレアを与える原因となる。本実施の形態において、遮光部材３１を備えることによりこのような意図しない配光を防止し、対向車にグレアを与えるのを防止する。

また、本実施の形態では、複数の第1のレンズをレンズモジュール２２として一体に形成し、さらに遮光部材３１と第１のレンズ３０とを２色成形により一体に形成する。したがって、複数のレンズの組み付け、および複数のレンズと複数の遮光部材３１の組み付けを一度に行うことができるようになり、製造時間の短縮が可能となり、組み付け作業が簡便になる。また複数の第１のレンズ３０、複数の遮光部材３１が、それぞれ別部材であった場合に起こる組み付け誤差を低減することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る光学ユニット１００は、レンズモジュール１２２における遮光部材１３１を除き、第１の実施の形態に係る光学ユニット１０と概略同一の構成を有する。図７（ａ），図７（ｂ）は、光学ユニット１００の光源ユニット１１４における、光源ユニット１４の図４（ａ），図４（ａ）と対応する断面図である。遮光部材１３１（１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ）は、第１のレンズ３０の厚さ方向の、内部から後面側に向かって突出するように設けられ、第１のレンズ３０の後面側に向かって肉厚になる楔形状に形成されている。すなわち、遮光部材１３１は、水平断面が、前面側頂点が鋭角の二等辺三角形で、上下方向が、少なくとも第１のレンズの上下方向の長さと同寸に延在する、扁平な三角柱状体である。

このような形状とすると、レンズにおいて、遮光部材の占める部分が小さくなり、レンズ内部を通過する光を有効に利用することが可能となる。

（変形例１）
本実施の形態の変形例として、図８に示すように、遮光部材１３１Ａ（１３１Ａａ，１３１Ａｂ，１３１Ａｃ）の形状が、水平断面が、レンズ内に延在する部分は、前面側頂点が鋭角の二等辺三角形で、レンズ後方に突出する部分が、前後方向に細長い半楕円形状を有していてもよい。第２の実施の形態に係る遮光部材１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃを、２色成形により、第１のレンズと一体に形成しようとした場合、遮光部材１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃの後端部の幅が、第１のレンズ３０との結合部分の幅よりも大きくなるため、２次金型の型開きは無理抜きすることになる。遮光部材１３１Ａ（１３１Ａａ，１３１Ａｂ，１３１Ａｃ）の様に構成すれば、遮光部材１３１Ａを無理抜きする必要がなく、製品の歩留まりを低下させることがない。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る光学ユニット２００は、レンズモジュール２２２における遮光部材２３１（２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃを除き、第１の実施の形態に係る光学ユニット１０と概略同様の構成を有する。図９（ａ），図９（ｂ）は、光学ユニット２００の光源ユニット２１４における、光源ユニット１４の図４（ａ），図４（ｂ）と対応する断面図である。遮光部材２３１は、第１のレンズ３０の厚さ方向の、内部から背面側に向かって突出するように設けられ、第１のレンズ３０の背面側に向かって肉薄になる逆楔形状に形成されている。すなわち、遮光部材２３１（２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃ）は、水平断面が、後方側頂点が鋭角の二等辺三角形で、上下方向が、少なくとも第１のレンズの上下方向の長さと同寸に延在する、扁平な三角柱状体である。

レンズモジュール２２２と遮光部材２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃを２色成形で形成した場合、材料が異なるため、小さいほうの部材（ここでは、遮光部材２３１）と、大きいほうの部材（ここではレンズモジュール２２）との境界面が乖離して、小さいほうの部材が脱落する虞がある。しかし、遮光部材２３１のように構成すれば、遮光部材２３１、レンズ内部側がレンズ表面側のよりも幅広になっているため、遮光部材２３１の脱落するのを防止することができる

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る光学ユニット３００は、レンズモジュール３２２、遮光部材３３１および光源ユニットの寸法を除き、第１の実施の形態に係る光学ユニット１０と概略同様の構成を有する。図１０（ａ），図１０（ｂ）に示すように、レンズモジュール３２２は、複数の第１のレンズ３３０を備える。複数の第１のレンズ３３０は、横方向に並置されるだけではなく、縦方向にも並置される、マトリクス状に、一体的に形成されている。

レンズモジュール３２２の背面の、隣り合う２つの第１のレンズ３３０の間には、遮光部材３１と同一の材料で構成される遮光部材３３１が、２色成形により、レンズモジュール３２２（複数の第１のレンズ３３０）と一体に形成されている。

遮光部材３３１は、上下方向に延在する鉛直部３３１ａと、左右方向に延在する水平部３３１ｂを有する。鉛直部３３１ａと、水平部３３１ｂとは、遮光部材３１と同様に、断面が扁平な楕円形状の、楕円柱状体であり、鉛直部３３１ａと、水平部３３１ｂとを格子状に組み合わせた形状に形成することで、特定の光源から出射される光が、対応する第１のレンズと左右および上下方向に隣接する、意図しない第１のレンズに入射して、意図しない配光が生じるのを防止している。

なお、複数の第１のレンズ３３０の配置および数は、必要に応じて設定可能であることは言うまでもない。このように、本実施の形態によれば、様々なレンズ配置に対応できるので、設計の自由度が高くなる。

複数の第１のレンズ３３０と、遮光部材３３１とが別体である場合、第１のレンズ３３０の数が増加すると、部品点数が増え、組付け作業が煩雑になる。また、組付け誤差が大きくなる。本実施の形態では、第１のレンズ３３０と、遮光部材３３１とを一体に形成しているので、第１の実施の形態と同様に、レンズモジュール３２２を基板、レンズホルダ、および金属カバーと共にヒートシンク前面にネジ止めするだけで、光源ユニットを組み付けることができ、組み立て作業が簡便となり、組付け誤差が低減する。

（他の変形例）
また、上記各実施の形態において、複数の第１のレンズは、それぞれ同じレンズを用いているが、それぞれの形状および大きさは適宜設計することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は実施の形態に限られず、本開示に基づく種々の変形又は修正が、本発明の範囲に含まれる。

１０，１００，２００，２００Ａ，３００ 光学ユニット
１２ 第２のレンズ
２６（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ） 光源
３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ），３３０ 第１のレンズ
３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ），１３１（１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ），１３１Ａ（１３１Ａａ，１３１Ａｂ，１３１Ａｃ），２３１（２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃ），３３１ 遮光部材

Claims (4)

1. 複数の光源と、
   前記複数の光源の各々に、それぞれが対応するように配置され、対応する光源からの光を集光して、所定の仮想面上において対応する光源像を形成する、一体に形成された複数の第１のレンズと、
   複数の前記光源像の投影像を前方へと投影する第２のレンズと、
   前記複数の第１のレンズにおいて、隣接する２つの第１のレンズ間に延在し、一方の第１のレンズを通過する光が、他方の第１のレンズに入射しないように遮光する遮光部材とを備え、
   前記遮光部材と、前記複数の第１のレンズとは、２色成形により一体に形成され、
   前記遮光部材は、前記第１のレンズの厚さ方向の、内部から後面側に向かって突出するように設けられていることを特徴とする光学ユニット。
2. 前記遮光部材が、前記第１のレンズの後面側に向かって肉厚になる楔形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
3. 前記遮光部材が、前記第１のレンズの後面側に向かって肉薄になる逆楔形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学ユニット。
4. 前記遮光部材が、透過性を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の光学ユニット。