JP7490000B2 - 光学ユニット - Google Patents

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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。
従来、光源から出射した光が後方から入射し照射ビームとして車両前方へ出射するレンズを備え、該レンズを透過した透過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光学ユニットが考案されている。
特開２０１２－２５６４９４
前述の光学ユニットが備えるレンズは、透明な円板状の部材であり、レンズの回転軸は、光軸に対して平行になっている。そのため、レンズを駆動するためのモータをレンズの後方に設けることとなり、前後方向のスペースが必要となる。
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ひとつは、光源の光で走査する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、筒状の回転レンズと、回転レンズの内部に配置された光源と、を備える。回転レンズは、光源から出射した光が内周面から入射し照射ビームとして外周面から出射するように構成されており、かつ、該回転レンズの周期的な動きにより、前方を照射ビームで走査することで所定の照射領域を形成するように構成されている。
この態様によると、筒状の回転レンズの周期的な動きにより前方を照射ビームで走査することで所定の照射領域を形成できる。そのため、光源から出射したそのままの光で所定の照射領域を形成する場合と比較して光源を小型化できる。
回転レンズは、駆動部と接続される回転軸を中心に回転するとともに、光源から出射した光が通過する際に屈折する方向が周期的に変化するように構成されていてもよい。これにより、光源の光を用いた走査を簡便な構成で実現できる。
光源は、出射面の正面方向が回転軸と交差するように配置されていてもよい。これにより、光源の出射面が回転レンズの内周面と対向する。
回転レンズは、回転軸が車両の車幅方向に沿うよう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スペースを短くできる。
光源は、回転レンズの動きの周期における一部の位相範囲において光度が変化するように構成されていてもよい。これにより、所定の照射領域の一部の明るさを変えることができる。
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、光源の光で走査する新た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を側方から見た概要図である。 第１の実施の形態に係る車両用前照灯を上方から見た概要図である。 図３（ａ）は、図１に示す回転レンズのＡ－Ａ断面図、図３（ｂ）は、図１に示す回転レンズのＢ－Ｂ断面図、図３（ｃ）は、図１に示す回転レンズのＣ－Ｃ断面図、図３（ｄ）は、図１に示す回転レンズのＤ－Ｄ断面図、図３（ｅ）は、図１に示す回転レンズのＥ－Ｅ断面図、図３（ｆ）は、図３（ａ）に示す断面形状を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図３（ｇ）は、図３（ｂ）に示す断面形状を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図３（ｈ）は、図３（ｃ）に示す断面形状を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図３（ｉ）は、図３（ｄ）に示す断面形状を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図３（ｊ）は、図３（ｅ）に示す断面形状を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図である。 第２の実施の形態に係る車両用前照灯を側方から見た概要図である。 図５（ａ）は、図４に示す回転レンズのＡ’領域、図５（ｂ）は、図４に示す回転レンズのＢ’領域、図５（ｃ）は、図４に示す回転レンズのＣ’領域、図５（ｄ）は、図４に示す回転レンズのＤ’領域、図５（ｅ）は、図４に示す回転レンズのＥ’領域、図５（ｆ）は、図５（ａ）に示す領域Ａ’を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図５（ｇ）は、図５（ｂ）に示す領域Ｂ’を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図５（ｈ）は、図５（ｃ）に示す領域Ｃ’を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図５（ｉ）は、図５（ｄ）に示す領域Ｄ’を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図５（ｊ）は、図５（ｅ）に示す領域Ｅ’を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図である。
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。
（第１の実施の形態）
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。はじめに、後述する実施の形態に係る光学ユニットを搭載可能な車両用前照灯の概略について説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯を側方から見た概要図である。図２は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯を上方から見た概要図である。
車両用前照灯１０は、光学ユニット１２と、光学ユニット１２から出射した光源像を車両前方に投影する投影レンズ１４と、を備える。光学ユニット１２は、筒状の回転レンズ１６と、回転レンズ１６の内部に配置された光源としての半導体発光素子１８と、回転レンズ１６の側方に設けられ、回転レンズ１６を回転駆動するモータ２０と、半導体発光素子１８の点消灯およびモータ２０の駆動を制御する制御部２２と、を備える。
半導体発光素子１８は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＬＤ（Laser Diode）、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）が好ましい。また、光源は、回転レンズ１６の内部に収まる程度に小型であれば、半導体発光素子以外であってもよい。
回転レンズ１６は、ガラスやプラスチックといった透明な材料で透過領域が形成されており、半導体発光素子１８から出射した光が透過領域の内周面１６ａから入射し照射ビームとして透過領域の外周面１６ｂから出射するように構成されている。また、回転レンズ１６は、モータ２０によって駆動され、回転軸Ｒを中心とする周期的な動き（回転運動）により、前方を照射ビームで左右に走査することで所定の照射領域を形成するように構成されている。具体的には、内周面１６ａや外周面１６ｂの表面形状を工夫することで実現されている。
図３（ａ）は、図１に示す回転レンズのＡ－Ａ断面図、図３（ｂ）は、図１に示す回転レンズのＢ－Ｂ断面図、図３（ｃ）は、図１に示す回転レンズのＣ－Ｃ断面図、図３（ｄ）は、図１に示す回転レンズのＤ－Ｄ断面図、図３（ｅ）は、図１に示す回転レンズのＥ－Ｅ断面図、図３（ｆ）は、図３（ａ）に示す断面形状を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図３（ｇ）は、図３（ｂ）に示す断面形状を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図３（ｈ）は、図３（ｃ）に示す断面形状を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図３（ｉ）は、図３（ｄ）に示す断面形状を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図３（ｊ）は、図３（ｅ）に示す断面形状を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図である。
なお、Ａ－Ａ断面は回転レンズ１６の回転角度が０度の位置、Ｂ－Ｂ断面は回転レンズ１６の回転角度が７２度の位置、Ｃ－Ｃ断面は回転レンズ１６の回転角度が１４４度の位置、Ｄ－Ｄ断面は回転レンズ１６の回転角度が２１６度の位置、Ｅ－Ｅ断面は回転レンズ１６の回転角度が２８８度の位置である。
図３（ｆ）～図３（ｊ）に示すように、投影イメージＩは、図の右方向に徐々に移動する。このように、車両用前照灯１０は、筒状の回転レンズ１６の周期的な動きにより前方を照射ビームで走査することで所定の照射領域（ハイビーム用配光パターンＰＨ）を形成できる。そのため、半導体発光素子１８から出射したそのままの光で所定の照射領域（投影イメージＩ）を形成する場合と比較して、照射ビームで走査することで投影イメージＩより広いハイビーム用配光パターンＰＨを形成できるので、半導体発光素子１８の小型化、あるいは素子数を低減できる。
また、回転レンズ１６は、モータ２０と接続される回転軸Ｒを中心に回転するとともに、半導体発光素子１８から出射した光が通過する際に屈折する方向が図３（ａ）～図３（ｅ）に示すように周期的に変化するように構成されている。これにより、半導体発光素子１８の光を用いた走査を回転レンズ１６の外周面１６ｂの形状を工夫するといった簡便な構成で実現できる。
また、本実施の形態に係る半導体発光素子１８は、出射面１８ａ（図２参照）の正面方向Ｆが回転軸Ｒと交差（実質的に直交）するように配置されている。これにより、半導体発光素子１８の出射面１８ａが回転レンズ１６の内周面１６ａと平行に対向する。
また、本実施の形態に係る回転レンズ１６は、回転軸Ｒが車両の車幅方向Ｙに沿うように配置されている。これにより、光学ユニット１２の車両前後方向Ｘのスペースを短くできる。
なお、半導体発光素子１８は、回転レンズ１６の動きの周期における一部の位相範囲において光度が変化するように制御部２２で制御されてもよい。これにより、所定の照射領域の一部の明るさを変えることができる。例えば、投影イメージＩが図３（ｆ）の位置を透過するタイミングで制御部２２によって半導体発光素子１８を実質的に消灯し、それ以外のタイミングで半導体発光素子１８を点灯することで、ハイビーム用配光パターンＰＨの一部の領域を非照射状態にすることができる。
このように、本実施の形態に係る光学ユニット１２は、回転レンズ１６の表面形状を工夫することで、光源から出射した光の透過光で光照射方向（前方）を走査する従来にない新たな光学ユニットとして機能する。
（第１の実施の形態の変形例）
前述の光学ユニット１２は、回転軸Ｒを中心に回転レンズ１６が１回転することで、投影イメージＩが左から右へ１回走査されるが、回転レンズ１６の表面形状を工夫することで、回転レンズが１回転することで、投影イメージＩが左から右へＮ回（Ｎ≧２）走査されるようにすることもできる。また、回転レンズ１６の外周面１６ｂの形状を、断面形状の順番が、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｂ）、図３（ａ）、図３（ｅ）、図３（ｄ）、図３（ｅ）、図３（ａ）となるように設定することで、投影イメージＩが車両前方で左右に往復走査される光学ユニットを実現できる。
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態に係る車両用前照灯を側方から見た概要図である。なお、図１や図２と同様の構成は同じ符号を付して説明を適宜省略する。また、第１の実施の形態と異なる作用効果や構成を中心に説明する。
車両用前照灯３０は、光学ユニット３２と、光学ユニット３２から出射した光源像を車両前方に投影する投影レンズ１４と、を備える。光学ユニット３２は、筒状の回転レンズ３４と、回転レンズ３４の内部に配置された半導体発光素子１８と、回転レンズ３４の側方に設けられ、回転レンズ３４を回転駆動するモータ２０と、半導体発光素子１８の点消灯およびモータ２０の駆動を制御する制御部２２と、を備える。
回転レンズ３４は、半導体発光素子１８から出射した光が透過領域の内周面３４ａから入射し照射ビームとして透過領域の外周面３４ｂから出射するように構成されている。また、回転レンズ３４は、モータ２０によって駆動され、回転軸Ｒを中心とする周期的な動き（回転運動）により、前方を照射ビームで上下に走査することで所定の照射領域を形成するように構成されている。
図５（ａ）は、図４に示す回転レンズのＡ’領域、図５（ｂ）は、図４に示す回転レンズのＢ’領域、図５（ｃ）は、図４に示す回転レンズのＣ’領域、図５（ｄ）は、図４に示す回転レンズのＤ’領域、図５（ｅ）は、図４に示す回転レンズのＥ’領域、図５（ｆ）は、図５（ａ）に示す領域Ａ’を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図５（ｇ）は、図５（ｂ）に示す領域Ｂ’を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図５（ｈ）は、図５（ｃ）に示す領域Ｃ’を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図５（ｉ）は、図５（ｄ）に示す領域Ｄ’を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図、図５（ｊ）は、図５（ｅ）に示す領域Ｅ’を通過した照射ビームで形成された投影イメージを示す図である。
なお、Ａ’領域は回転レンズ１６の回転角度が０度の位置、Ｂ’領域は回転レンズ１６の回転角度が７２度の位置、Ｃ’領域は回転レンズ１６の回転角度が１４４度の位置、Ｄ’領域は回転レンズ１６の回転角度が２１６度の位置、Ｅ’領域は回転レンズ１６の回転角度が２８８度の位置である。
図５（ｆ）～図５（ｊ）に示すように、投影イメージＩは、図の上方向に徐々に移動する。このように、車両用前照灯３０は、筒状の回転レンズ３４の周期的な動きにより前方を照射ビームで走査することで所定の照射領域（配光パターンＰ１）を形成できる。
（その他の作用効果）
筒状の回転レンズは、ブレードを有する回転レンズと比較して剛性を高めることができる。また、回転軸Ｒが光学ユニット（車両用前照灯）の前後方向と垂直で回転レンズの側方に駆動原を配置できるので、光学ユニットの前後方向を短くできる。また、上述の各実施の形態では、内周面は円周面であり半導体発光素子の光がほぼ垂直に入射するので、屈折の影響はほぼない。そのため、回転レンズを透過して外周面から出射する際の光の屈折を主に考慮すればよく、外周面の表面形状の設定が比較的容易である。反対に、内周面で屈折を制御しようとすると、外周面での屈折も考慮しなくてはならず、内周面および外周面の表面形状の設定が難しくなる。また、回転レンズの内周面を複雑な形状に加工することは困難であるが、外周面であれば比較的容易に加工できる。
以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態や変形例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。
例えば、上述の実施の形態に係る光学ユニットに、ＩＲ（infrared）－ＬＤやＩＲ－ＬＥＤ、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）用ＬＤといった不可視光線を発する光源を用いてもよい。これにより、センサデバイスやセンシング補助デバイスに適用できる光学ユニットを実現できる。
本発明は、車両用灯具に利用できる。
１０ 車両用前照灯、 １２ 光学ユニット、 １４ 投影レンズ、 １６ 回転レンズ、 １６ａ 内周面、 １６ｂ 外周面、 １８ 半導体発光素子、 １８ａ 出射面、 ２０ モータ、 ２２ 制御部、 ３０ 車両用前照灯、 ３２ 光学ユニット、 ３４ 回転レンズ、 ３４ａ 内周面、 ３４ｂ 外周面。

Claims (5)

  1. 筒状の回転レンズと、
    前記回転レンズの内部に配置された光源と、を備え、
    前記回転レンズは、光源から出射した光が内周面から入射し照射ビームとして外周面から出射するように構成されており、かつ、該回転レンズの周期的な動きにより、前方を前記照射ビームで走査することで所定の照射領域を形成するように構成されていることを特徴とする光学ユニット。
  2. 前記回転レンズは、駆動部と接続される回転軸を中心に回転するとともに、光源から出射した光が通過する際に屈折する方向が周期的に変化するように構成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、出射面の正面方向が前記回転軸と交差するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
  4. 前記回転レンズは、前記回転軸が車両の車幅方向に沿うように配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の光学ユニット。
  5. 前記光源は、回転レンズの動きの周期における一部の位相範囲において光度が変化するように構成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。
JP2021554331A 2019-10-31 2020-10-14 光学ユニット Active JP7490000B2 (ja)

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