WO2015045946A1 - 光学ユニット - Google Patents

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optical unit
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増田　剛
山村　聡志
隆雄 村松
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Koito Manufacturing Co Ltd
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Koito Manufacturing Co Ltd
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    • B60Q2300/146—Abnormalities, e.g. fail-safe

Definitions

  • the present invention relates to an optical unit, and more particularly to an optical unit used for a vehicular lamp.
  • an optical unit including a rotating reflector that rotates around a rotation axis while reflecting light emitted from a light source has been devised (see Patent Document 1).
  • the rotating reflector is provided with a reflecting surface so that the light of the light source reflected while rotating forms a desired light distribution pattern.
  • the above-mentioned optical unit can realize a rectangular high-beam light distribution pattern by scanning the front with reflected light as the rotating reflector rotates. Further, by controlling the timing of turning on and off the light source, a high beam light distribution pattern in which an arbitrary region is shielded can be realized.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique related to an optical unit capable of realizing a high-quality light distribution pattern.
  • an optical unit includes a light source and a rotating reflector that rotates about a rotation axis while reflecting light emitted from the light source.
  • the rotating reflector is provided with a reflecting surface so that the light of the light source reflected while rotating forms a light distribution pattern.
  • the optical unit includes a first irradiation mode when the light emitted from the light source irradiates the central portion of the light distribution pattern, and a second irradiation mode when the light emitted from the light source irradiates the end portion of the light distribution pattern. And are configured differently. According to this aspect, it is possible to vary the irradiation aspect of a part of the light distribution pattern.
  • the reflective surface may have a first region in which light that irradiates the central portion of the light distribution pattern is reflected, and a second region in which light that irradiates the end portion of the light distribution pattern is reflected.
  • the reflectivity of the first region may be different from the reflectivity of the second region. Thereby, the brightness can be changed between the first region and the second region of the light distribution pattern.
  • the reflective surface may have a first region in which light that irradiates the central portion of the light distribution pattern is reflected, and a second region in which light that irradiates the end portion of the light distribution pattern is reflected.
  • the second region may include a wavelength conversion unit that emits light having a wavelength different from that of the light emitted from the light source.
  • the wavelength conversion unit is, for example, a phosphor or a colored reflecting member. Thereby, the color of the light reflected by the 2nd area
  • a light receiving unit that receives a part of the light reflected by the reflecting surface and a control unit that controls the output of light emitted from the light source based on the output of the light receiving unit may be further provided.
  • the light receiving unit may be arranged so as not to hinder the formed light distribution pattern. Thereby, the output of the light emitted from the light source can be stabilized.
  • the light source and the rotating reflector form a light distribution pattern by scanning the light emitted from the light source by the rotation operation as an irradiation beam, and change the scanning speed in the first irradiation mode and the second irradiation mode, or You may be comprised so that the output of the light radiate
  • an optical unit capable of realizing a high-quality light distribution pattern can be provided.
  • the optical unit of the present invention can be used for various vehicle lamps. Below, the case where the optical unit of this invention is applied to the vehicle headlamp among vehicle lamps is demonstrated.
  • FIG. 1 is a horizontal sectional view of a vehicle headlamp according to the present embodiment.
  • the vehicle headlamp 10 is a right-hand headlamp mounted on the right side of the front end portion of the automobile, and has the same structure except that it is symmetrical to the headlamp mounted on the left side. Therefore, in the following, the right vehicle headlamp 10 will be described in detail, and the description of the left vehicle headlamp will be omitted.
  • the vehicle headlamp 10 includes a lamp body 12 having a recess opening forward.
  • the lamp body 12 has a front opening covered with a transparent front cover 14 to form a lamp chamber 16.
  • the lamp chamber 16 functions as a space in which the two lamp units 18 and 20 are accommodated in a state of being arranged side by side in the vehicle width direction.
  • the lamp unit 20 disposed on the outer side, that is, the upper side shown in FIG. 1 in the right vehicle headlamp 10 is a lamp unit having a lens so as to emit a variable high beam. It is configured.
  • the lamp unit 18 disposed on the lower side shown in FIG. 1 is configured to emit a low beam.
  • the low beam lamp unit 18 includes a reflector 22, a light source bulb (incandescent bulb) 24 supported by the reflector 22, and a shade (not shown).
  • the reflector 22 is a known means (not shown) such as an aiming screw and a nut. Is supported so as to be tiltable with respect to the lamp body 12.
  • the lamp unit 20 includes a rotating reflector 26, an LED 28, and a convex lens 30 as a projection lens disposed in front of the rotating reflector 26, as shown in FIG.
  • a semiconductor light emitting element such as an EL element or an LD element, or a phosphor that emits light by excitation with light from the LD element can be used as the light source.
  • a light source that can be turned on and off accurately in a short time is preferable for the control for shielding a part of a light distribution pattern described later.
  • the shape of the convex lens 30 may be appropriately selected according to the light distribution characteristics such as a required light distribution pattern and illuminance distribution, but an aspherical lens or a free-form surface lens is used. In the present embodiment, an aspheric lens is used as the convex lens 30.
  • the rotary reflector 26 rotates in one direction around the rotation axis R by a drive source such as a motor (not shown).
  • the rotating reflector 26 includes a reflecting surface configured to reflect the light emitted from the LED 28 while rotating to form a desired light distribution pattern.
  • the rotary reflector 26 constitutes an optical unit.
  • FIG. 2 is a top view schematically showing the configuration of the lamp unit 20 including the optical unit according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a side view when the lamp unit 20 is viewed from the direction A shown in FIG.
  • Rotating reflector 26 is provided with three blades 26a having the same shape and functioning as a reflecting surface around cylindrical rotating portion 26b.
  • a rotation axis R of the rotary reflector 26 is inclined with respect to the optical axis Ax, and is provided in a plane including the optical axis Ax and the LED 28.
  • the rotation axis R is provided substantially parallel to the scanning plane of the light (irradiation beam) of the LED 28 that scans in the left-right direction by rotation.
  • the scanning plane can be regarded as, for example, a fan-shaped plane formed by continuously connecting the light traces of the LEDs 28 as scanning light.
  • the LED 28 provided is relatively small, and the position where the LED 28 is disposed is also between the rotating reflector 26 and the convex lens 30 and deviated from the optical axis Ax. . Therefore, as compared with the case where the light source, the reflector, and the lens are arranged in a line on the optical axis as in a conventional projector-type lamp unit, the depth direction of the vehicle headlamp 10 (vehicle longitudinal direction) Can be shortened.
  • the shape of the blade 26 a of the rotary reflector 26 is configured such that the secondary light source of the LED 28 by reflection is formed near the focal point of the convex lens 30.
  • the blade 26a has a shape twisted so that the angle formed by the optical axis Ax and the reflecting surface changes as it goes in the circumferential direction about the rotation axis R. As a result, as shown in FIG. 2, scanning using the light of the LED 28 becomes possible.
  • the rotating reflector 26 is configured to be able to scan forward in one direction (horizontal direction) once by the light of the LED 28 by rotating 120 degrees. In other words, when one blade 26 a passes in front of the LED 28, a desired area in front of the vehicle is scanned once by the light of the LED 28.
  • the number and shape of the blades 26a and the rotational speed of the rotary reflector 26 are appropriately set based on the results of experiments and simulations in consideration of the characteristics of the required light distribution pattern and the flicker of the scanned image.
  • a motor is preferable as a drive part which can change a rotational speed according to various light distribution control. Thereby, the scanning timing can be changed easily.
  • a motor capable of obtaining rotation timing information from the motor itself is preferable.
  • a DC brushless motor is mentioned. When a DC brushless motor is used, rotation timing information can be obtained from the motor itself, so that devices such as an encoder can be omitted.
  • the rotating reflector 26 can scan the front of the vehicle in the left-right direction using the light of the LED 28 by devising the shape and rotation speed of the blade 26a.
  • the vehicular headlamp 10 according to the present embodiment can form a substantially rectangular high beam light distribution pattern by reflecting the light of the LED 28 with the rotating reflector 26 and scanning the front with the reflected light. it can.
  • a desired light distribution pattern can be formed by rotating the rotating reflector 26 in one direction, there is no need for driving by a special mechanism such as a resonant mirror, and the reflecting surface of the reflecting mirror is not required.
  • the rotating reflector 26 according to the present embodiment has substantially the same diameter as the convex lens 30, and the area of the blade 26a can be increased accordingly.
  • the vehicle headlamp 10 including the optical unit according to the present embodiment can block any region by synchronizing the turn-on / off timing of the LED 28 and the change in luminous intensity with the rotation of the rotary reflector 26.
  • a high beam light distribution pattern can be formed.
  • the distribution pattern itself is swiveled by shifting the phase of the luminous intensity change. Control is also possible.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which the vehicle front is illuminated by the vehicle headlamp 10 according to the present embodiment.
  • the low beam light distribution pattern PL shown in FIG. 4 is formed by the lamp unit 18 of the vehicle headlamp 10.
  • the high beam light distribution pattern PH is formed by the lamp unit 20 of the vehicle headlamp 10.
  • a part of the region R ⁇ b> 1 is shielded from light by synchronizing the turn-on / off timing of the LED 28 with the rotation of the rotary reflector 26. Thereby, it is reduced to give glare to the preceding vehicle 32 and the oncoming vehicle that travel in front of the host vehicle.
  • the vehicle headlamp according to the present embodiment forms a light distribution pattern by scanning the light of the LED, and controls a change in the light emission intensity so as to be a part of the light distribution pattern.
  • a light shielding portion can be arbitrarily formed. Therefore, as compared with the case where a part of the plurality of LEDs is turned off and the light shielding portion is formed, a desired area can be shielded with high accuracy by a small number of LEDs.
  • the vehicle headlamp 10 can form a plurality of light shielding portions, even if there are a plurality of vehicles ahead, it is possible to shield a region corresponding to each vehicle. Become.
  • the vehicle headlamp 10 can perform light shielding control without moving the basic light distribution pattern, it is possible to reduce the uncomfortable feeling given to the driver during the light shielding control. Moreover, since the light distribution pattern can be swiveled without moving the lamp unit 20, the mechanism of the lamp unit 20 can be simplified. For this reason, the vehicle headlamp 10 only needs to have a motor necessary for the rotation of the rotary reflector 26 as a drive unit for variable light distribution control, which simplifies the configuration, reduces costs, and reduces the size. It is illustrated.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a light distribution pattern in the vehicle headlamp 10 according to the first embodiment.
  • the rotary reflector 26 according to the present embodiment includes a first irradiation mode when light emitted from the LED 28 irradiates (forms) a central region PH1 of the high beam light distribution pattern PH, and a light source.
  • the emitted light is configured to be different from the second irradiation mode when the end region PH2 of the high beam light distribution pattern PH is irradiated (formed).
  • the lamp unit 20 can change the irradiation mode of a part of the high beam light distribution pattern PH.
  • the irradiation mode is a mode defined by, for example, whether or not it is diffused light, the color of each irradiation region, the brightness of each irradiation region, and the like.
  • the blade 26a of the rotating reflector 26 is devised in order to realize different irradiation modes in the light distribution pattern.
  • the reflection surface of the blade 26a includes a first region 26a1 where light that irradiates the central region PH1 of the high beam light distribution pattern PH is reflected, and an end of the high beam light distribution pattern.
  • a second region 26a2 that reflects the light that irradiates the partial region PH2.
  • the reflectance of the first region 26a1 and the reflectance of the second region 26a2 are different.
  • the material (metal) of the reflective film on the surface of the blade 26a is made different, the surface roughness is made of the same material, or some other substance (such as barium sulfate) is used. It becomes possible by applying. More specifically, when forming the undercoat agent for aluminum deposition, mask the areas where you want to roughen the surface, dare to make a poor quality film, change the thickness of aluminum, or part after forming the aluminum deposition film The reflectance can be changed by sandblasting. Thereby, the brightness can be changed between the central region PH1 and the end region PH2 of the light distribution pattern.
  • the light reflected by the second region 26a2 of the blade 26a irradiates the end region PH2 of the high beam light distribution pattern PH.
  • the end region PH2 corresponds to sidewalks on both sides of the road, and therefore, the target irradiated in the end region PH2 is mainly a pedestrian, not a vehicle. Therefore, a light distribution pattern that does not give glare to the pedestrian is preferable. Therefore, the rotary reflector 26 according to the present embodiment can reduce the glare by reducing the brightness of the end region PH2 of the high beam light distribution pattern by reducing the reflectance of the second region 26a2 of the blade 26a.
  • the shape of the reflection surface of the second region 26a2 of the blade 26a is made, for example, a concavo-convex structure so that the light emitted from the LED 28 diffuses on the reflection surface. It is good.
  • the entire reflection surface of the blade 26a has a concavo-convex structure
  • the light shielding part (region R1 shown in FIG. 4) and the irradiation part (shown in FIG. 4) are used.
  • the boundary with the region R2) becomes unclear. Therefore, in order to ensure that glare is not given to vehicles such as the preceding vehicle 32, it is necessary to widen the light-shielding portion in the high-beam light distribution pattern. Will be invited.
  • the second region 26a2 of the reflecting surface of the blade 26a may include a phosphor as a wavelength conversion unit that is excited by light emitted from the LED 28 and emits light having a wavelength different from that of the LED 28.
  • the phosphor may be disposed on the surface of the second region 26a2 or may constitute a part of the second region 26a2.
  • the structure comprised so that the reflectance of a specific wavelength may be reduced among the lights (for example, white light) from a light source, such as a colored reflective surface. That is, the colored reflecting surface emits light having a wavelength (color) different from that of the light emitted from the light source. Therefore, even when such a colored reflection surface is used as the wavelength conversion unit, the color of light reflected by the second region of the blade 26a can be made different from the color of light of the LED 28.
  • the phosphor may be disposed not in the second region 26a2 but in the first region 26a1, or in both the first region 26a1 and the second region 26a2. Further, the phosphor may be of one type or a plurality of types, and the same type of phosphor may be arranged with the concentration varied depending on the region. Further, since the phosphor is Lambertian light emission, a condensing reflector may be disposed in front of the reflecting surface.
  • the phosphor disposed on the surface of the second region 26a2 may be selected so that the color of the irradiation light of the end region PH2 of the high beam light distribution pattern PH becomes magenta.
  • magenta When a pedestrian is irradiated with light of magenta color, the skin of the pedestrian appears to be a strange color, so that the driver can easily notice the pedestrian.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a control block in a vehicle provided with the vehicle headlamp according to the present embodiment.
  • the vehicle 100 controls the vehicle headlamp 10, the lamp actuator 34, the drive module 36 that drives the LED 28, the camera 38 that captures the front of the vehicle, the vehicle information acquisition unit 40, and the vehicle headlamp 10. And a lamp ECU 42 for performing.
  • the vehicle headlamp 10 and the lamp ECU 42 are connected by a cable 44 capable of LIN (Local Interconnect Network) communication.
  • the lamp ECU 42, the camera 38, and the vehicle information acquisition unit 40 are connected by cables 46 and 48 capable of CAN (Controller (Area Network) communication.
  • the vehicle information acquisition unit 40 acquires the steering angle information from the steering angle sensor, the vehicle speed information from the vehicle speed sensor, and the acceleration information from the acceleration sensor, for example, and transmits them to the lamp ECU 42.
  • the vehicle 100 detects a forward vehicle, a pedestrian, or the like based on image information captured by the camera 38, determines light distribution conditions in the lamp ECU 42 to realize light distribution suitable for the situation, and The lighting state of the headlamp 10 can be controlled.
  • the lamp unit 20 of the vehicle headlamp 10 includes an optical sensor as a light receiving unit that receives a part of the light reflected by the blade 26a of the rotating reflector 26, as shown in FIG. 50.
  • the optical sensor 50 is, for example, a photoelectric conversion element (brightness sensor), and may be arranged so as not to disturb the formed light distribution pattern.
  • the optical sensor 50 transmits the received light intensity information to the lamp ECU 42 via the cable 44.
  • the lamp ECU 42 controls the drive module 36 so that the output of light emitted from the LED 28 is stabilized based on the output of the optical sensor 50. Thereby, according to the temperature and degradation of LED28, the output of the light radiate
  • the surface form of the blade 26a of the rotary reflector 26 is partially different.
  • the LED 28 and the rotary reflector 26 form a light distribution pattern by scanning light emitted from the LED 28 by the rotation operation as an irradiation beam, and the first irradiation mode and the second irradiation mode.
  • the scanning speed is changed, or the output of light emitted from the LED 28 is changed.
  • the brightness of the light distribution pattern can be controlled.
  • the rotational speed of the rotary reflector 26 at the timing when a part of the light distribution pattern is formed by the reflected light from the first region 26a1 of the blade 26a of the rotary reflector 26, and the second region 26a2 of the blade 26a is made different. In this case, even if the surface form of the reflecting surface of the blade 26a is uniform and the intensity of the emitted light from the LED 28 is constant, the brightness (luminance) of the light distribution pattern can be locally changed.
  • the output of light emitted from the LED 28 at the timing when a part of the light distribution pattern is formed with light may be different. In this case, even if the surface form of the reflecting surface of the blade 26a is uniform and the rotational speed of the rotary reflector 26 is constant, the brightness (luminance) of the light distribution pattern can be locally changed.
  • the lamp ECU 42 determines the driving environment based on the steering information and vehicle speed information acquired from the vehicle information acquisition unit 40, the image information acquired from the camera 38, and the like so that the luminance distribution becomes an optimal light distribution pattern.
  • the headlamp 10 is controlled. For example, when a signboard or the like having a high reflectance is detected based on image information captured by the camera 38, the lamp ECU 42 controls the vehicle headlamp 10 so as to lower the luminance of the area corresponding to the signboard in the light distribution pattern. By doing so, glare due to reflected light from the signboard can be reduced.
  • the lamp actuator 34 that rotates the rotary reflector 26 has a shorter life than a semiconductor such as the LED 28. Therefore, when the ADB (Adaptive Driving Beam) function is stopped, such as when the vehicle is stopped, the operation of the actuator may be stopped. Thereby, the lifetime of the actuator can be extended.
  • the position of the blade 26a of the rotary reflector 26 is the same every time (for example, the position where the light of the LED 28 reflected by the blade 26a is incident on the optical sensor 50). It is good to stop. Thereby, the control at the time of forming the light distribution pattern by rotating the rotary reflector 26 again becomes easy.
  • Examples of the environment adjusting unit 54 include a static eliminator (soft X-ray lamp, corona discharge device), a device containing a desiccant, a dustproof filter, an adhesive sheet, and the like.
  • a housing that separates a space area including a movable part such as the rotating reflector 26 from other space areas may be provided.
  • the lamp chamber 52 may have a structure in which a spatial region including a heat source such as a semiconductor excitation light source such as an LED and a spatial region including a blade 26 a that emits fluorescence with semiconductor excitation light and the rotating reflector 26 are separated. Good.
  • the present invention has been described with reference to the above-described embodiments.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the configurations of the embodiments are appropriately combined or replaced. Those are also included in the present invention. Further, it is possible to appropriately change the combination and processing order in each embodiment based on the knowledge of those skilled in the art and to add various modifications such as various design changes to each embodiment. Embodiments to which is added can also be included in the scope of the present invention.
  • the optical unit is applied to a vehicular lamp.
  • the application is not necessarily limited to this field.
  • the present invention may be applied to a lighting apparatus in a stage or entertainment facility where lighting is performed by switching various light distribution patterns.
  • lighting fixtures in such fields require a large drive mechanism for changing the illumination direction.
  • the optical unit according to the present embodiment there are various types according to the rotation of the rotating reflector and the turning on / off of the light source. Since a simple light distribution pattern can be formed, a large driving mechanism is not required and the size can be reduced.
  • optical unit is a rotary reflector provided with a blade, but may be a galvanometer mirror or a biaxial scan mirror.
  • the present invention relates to an optical unit, and is particularly applicable to an optical unit used for a vehicle lamp.

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Abstract

　光学ユニットは、ＬＥＤ２８と、ＬＥＤ２８から出射し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、を備えている。この光学ユニットにおいて、回転リフレクタは、回転しながら反射したＬＥＤ２８の光が配光パターンを形成するようにブレード２６ａが設けられている。また、光学ユニットは、ＬＥＤ２８から出射した光が配光パターンの中央部を照射する際の第１照射態様と、光源から出射した光が配光パターンの端部を照射する際の第２照射態様と、が異なるように構成されている。

Description

光学ユニット
　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を備える光学ユニットが考案されている（特許文献１参照）。この光学ユニットにおいては、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。
国際公開第１１／１２９１０５号パンフレット
　ところで、前述の光学ユニットは、回転リフレクの回転に伴い反射光で前方を走査することで矩形のハイビーム用配光パターンを実現することができる。また、光源の点消灯のタイミングを制御することで、任意の領域が遮光されたハイビーム用配光パターンを実現することもできる。
　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、高品質な配光パターンを実現可能な光学ユニットに関する技術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、光源と、光源から出射し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、を備えている。この光学ユニットにおいて、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に反射面が設けられている。また、光学ユニットは、光源から出射した光が配光パターンの中央部を照射する際の第１照射態様と、光源から出射した光が配光パターンの端部を照射する際の第２照射態様と、が異なるように構成されている。この態様によると、配光パターンの一部の照射態様を異ならせることができる。
　反射面は、配光パターンの中央部を照射する光が反射される第１領域と、配光パターンの端部を照射する光が反射される第２領域と、を有してもよい。第１領域の反射率と、第２領域の反射率とが異なってもよい。これにより、配光パターンの第１領域と第２領域とで明るさを変えることができる。
　反射面は、配光パターンの中央部を照射する光が反射される第１領域と、配光パターンの端部を照射する光が反射される第２領域と、を有してもよい。第２領域は、光源から出射した光と波長の異なる波長の光を発する波長変換部と、を有してもよい。波長変換部は、例えば、蛍光体や着色された反射部材である。これにより、反射面の第２領域で反射される光の色を、光源光の色に対して異ならせることができる。
　反射面で反射された光の一部を受光する受光部と、受光部の出力に基づいて光源から出射される光の出力を制御する制御部と、を更に備えてもよい。受光部は、形成される配光パターンを阻害しないように配置されてもよい。これにより、光源から出射される光の出力を安定させることができる。
　光源および回転リフレクタは、その回転動作により光源から出射した光を照射ビームとして走査することによって配光パターンを形成するとともに、第１照射態様および第２照射態様において、走査速度を変化させる、または、光源から出射する光の出力を変化させるように構成されていてもよい。これにより、配光パターンの明るさを制御することができる。
　本発明によれば、高品質な配光パターンを実現可能な光学ユニットを提供することができる。
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光学ユニットを含むランプユニットの構成を模式的に示した上面図である。 図１に示すＡ方向からランプユニットを見た場合の側面図である。 本実施の形態に係る車両用前照灯により車両前方を照射した状態を示す模式図である。 第１の実施の形態に係る車両用前照灯における配光パターンの一例を示す模式図である。 本実施の形態に係る車両用前照灯を備えた車両における制御ブロックを模式的に示した図である。
　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。
　本発明の光学ユニットは、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発明の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、本実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面図である。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、２つのランプユニット１８，２０が車幅方向に並んで配置された状態で収容される空間として機能する。
　これらランプユニットのうち外側、すなわち、右側の車両用前照灯１０にあっては図１に示す上側に配置されたランプユニット２０は、レンズを備えたランプユニットであり、可変ハイビームを照射するように構成されている。一方、これらランプユニットのうち内側、すなわち、右側の車両用前照灯１０にあっては図１に示す下側に配置されたランプユニット１８は、ロービームを照射するように構成されている。
　ロービーム用のランプユニット１８は、リフレクタ２２とリフレクタ２２に支持された光源バルブ（白熱バルブ）２４と、不図示のシェードとを有し、リフレクタ２２は図示しない既知の手段、例えば、エイミングスクリューとナットを使用した手段によりランプボディ１２に対して傾動自在に支持されている。
　ランプユニット２０は、図１に示すように、回転リフレクタ２６と、ＬＥＤ２８と、回転リフレクタ２６の前方に配置された投影レンズとしての凸レンズ３０と、を備える。なお、ＬＥＤ２８の代わりにＥＬ素子やＬＤ素子などの半導体発光素子や、ＬＤ素子からの光で励起発光する蛍光体を光源として用いることも可能である。特に後述する配光パターンの一部を遮光するための制御には、点消灯が短時間に精度よく行える光源が好ましい。凸レンズ３０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が用いられる。本実施の形態では、凸レンズ３０として非球面レンズを用いている。
　回転リフレクタ２６は、不図示の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２６は、ＬＥＤ２８から出射した光を回転しながら反射し、所望の配光パターンを形成するように構成された反射面を備えている。本実施の形態では、回転リフレクタ２６が光学ユニットを構成している。
　図２は、本実施の形態に係る光学ユニットを含むランプユニット２０の構成を模式的に示した上面図である。図３は、図１に示すＡ方向からランプユニット２０を見た場合の側面図である。
　回転リフレクタ２６は、反射面として機能する、形状の同じ３枚のブレード２６ａが筒状の回転部２６ｂの周囲に設けられている。回転リフレクタ２６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ＬＥＤ２８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ＬＥＤ２８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ＬＥＤ２８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、本実施の形態に係るランプユニット２０においては、備えているＬＥＤ２８は比較的小さく、ＬＥＤ２８が配置されている位置も回転リフレクタ２６と凸レンズ３０との間であって光軸Ａｘよりずれている。そのため、従来のプロジェクタ方式のランプユニットのように、光源とリフレクタとレンズとが光軸上に一列に配列されている場合と比較して、車両用前照灯１０の奥行き方向（車両前後方向）を短くできる。
　また、回転リフレクタ２６のブレード２６ａの形状は、反射によるＬＥＤ２８の２次光源が凸レンズ３０の焦点付近に形成されるように構成されている。また、ブレード２６ａ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２に示すようにＬＥＤ２８の光を用いた走査が可能となる。
　続いて、回転リフレクタ２６が回転すると、ＬＥＤ２８の光の反射方向は、配光パターンが形成される車両前方の領域のうち、左右両端部の他方の端部に向かって変化することになる。本実施の形態に係る回転リフレクタ２６は、１２０度回転することで、ＬＥＤ２８の光によって前方を一方向（水平方向）に１回走査できるように構成されている。換言すると、１枚のブレード２６ａがＬＥＤ２８の前を通過することで、車両前方の所望の領域がＬＥＤ２８の光によって１回走査されることになる。
　ブレード２６ａの数や形状、回転リフレクタ２６の回転速度は、必要とされる配光パターンの特性や走査される像のちらつきを考慮して実験やシミュレーションの結果に基づいて適宜設定される。また、種々の配光制御に応じて回転速度を変えられる駆動部としてモータが好ましい。これにより、走査するタイミングを簡便に変えることができる。このようなモータとしては、モータ自身から回転タイミング情報を得られるものが好ましい。具体的には、ＤＣブラシレスモータが挙げられる。ＤＣブラシレスモータを用いた場合、モータ自身から回転タイミング情報を得られるため、エンコーダなどの機器を省略することができる。
　このように、本実施の形態に係る回転リフレクタ２６は、ブレード２６ａの形状や回転速度を工夫することで、ＬＥＤ２８の光を用いて車両前方を左右方向に走査することができる。
　本実施の形態に係る車両用前照灯１０は、ＬＥＤ２８の光を回転リフレクタ２６で反射させ、反射した光で前方を走査することで実質的に矩形のハイビーム用配光パターンを形成することができる。このように、回転リフレクタ２６の一方向の回転により所望の配光パターンを形成することができるため、共振ミラーのような特殊な機構による駆動が必要なく、また、共振ミラーのように反射面の大きさに対する制約が少ない。そのため、より大きな反射面を有する回転リフレクタ２６を選択することで、光源から出射した光を照明に効率よく利用することができる。つまり、配光パターンにおける最大光度を高めることができる。なお、本実施の形態に係る回転リフレクタ２６は、凸レンズ３０の直径とほぼ同じ直径であり、ブレード２６ａの面積もそれに応じて大きくすることが可能である。
　また、本実施の形態に係る光学ユニットを備えた車両用前照灯１０は、ＬＥＤ２８の点消灯のタイミングや発光度の変化を回転リフレクタ２６の回転と同期させることで、任意の領域が遮光されたハイビーム用配光パターンを形成することができる。また、回転リフレクタ２６の回転に同期させてＬＥＤ２８の発光光度を変化（点消灯）させてハイビーム用配光パターンを形成する場合、光度変化の位相をずらすことで配光パターン自体をスイブルするような制御も可能である。
　図４は、本実施の形態に係る車両用前照灯１０により車両前方を照射した状態を示す模式図である。図４に示すロービーム用配光パターンＰＬは、車両用前照灯１０のランプユニット１８によって形成されている。また、ハイビーム用配光パターンＰＨは、車両用前照灯１０のランプユニット２０によって形成されている。ハイビーム用配光パターンＰＨは、ＬＥＤ２８の点消灯のタイミングを回転リフレクタ２６の回転と同期させることで、一部の領域Ｒ１が遮光される。これにより、自車両の前方を走行する先行車３２や対向車にグレアを与えることが低減される。
　上述のように、本実施の形態に係る車両用前照灯は、ＬＥＤの光を走査することで配光パターンを形成するとともに、発光光度の変化を制御することで配光パターンの一部に任意に遮光部を形成することができる。そのため、複数のＬＥＤの一部を消灯して遮光部を形成する場合と比較して、少ない数のＬＥＤで所望の領域を精度よく遮光することができる。また、車両用前照灯１０は、複数の遮光部を形成することができるため、前方に複数の車両が存在する場合であっても、個々の車両に対応する領域を遮光することが可能となる。
　また、車両用前照灯１０は、基本となる配光パターンを動かさずに遮光制御することが可能なため、遮光制御時にドライバに与える違和感を低減できる。また、ランプユニット２０を動かさずに配光パターンをスイブルすることができるため、ランプユニット２０の機構を簡略化することができる。そのため、車両用前照灯１０は、配光可変制御のための駆動部としては回転リフレクタ２６の回転に必要なモータを有していればよく、構成の簡略化と低コスト化、小型化が図られている。
　次に、本実施の形態に係る光学ユニットである回転リフレクタ２６について更に詳述する。図５は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯１０における配光パターンの一例を示す模式図である。図５に示すように、本実施の形態に係る回転リフレクタ２６は、ＬＥＤ２８から出射した光がハイビーム用配光パターンＰＨの中央領域ＰＨ１を照射（形成）する際の第１照射態様と、光源から出射した光がハイビーム用配光パターンＰＨの端部領域ＰＨ２を照射（形成）する際の第２照射態様と、が異なるように構成されている。
　つまり、ランプユニット２０は、ハイビーム用配光パターンＰＨの一部の照射態様を異ならせることができる。照射態様とは、例えば、拡散光であるか否か、各照射領域の色、各照射領域の明るさ、等によって定義付けられる態様である。
　本実施の形態では、配光パターン内で異なる照射態様を実現するために、回転リフレクタ２６のブレード２６ａを工夫している。具体的には、図３に示すように、ブレード２６ａの反射面は、ハイビーム用配光パターンＰＨの中央領域ＰＨ１を照射する光が反射される第１領域２６ａ１と、ハイビーム用配光パターンの端部領域ＰＨ２を照射する光が反射される第２領域２６ａ２と、を有している。そして、第１領域２６ａ１の反射率と、第２領域２６ａ２の反射率とが異なるようになっている。
　反射率を異ならせるためには、ブレード２６ａの表面の反射膜の材質（金属）を異ならせたり、同じ材質で表面粗さを異ならせたり、あるいは一部だけ他の物質（硫酸バリウム等）を塗布したりすることで可能となる。より具体的には、アルミ蒸着の際のアンダーコート剤を形成する際に表面を粗したい領域をマスクし、あえて質の悪い膜を作ったり、アルミの厚みを変えたり、アルミ蒸着膜形成後に部分的にサンドブラスト処理を施したりすることで反射率を変えられる。これにより、配光パターンの中央領域ＰＨ１と端部領域ＰＨ２とで明るさを変えることができる。
　また、ブレード２６ａの第２領域２６ａ２で反射された光は、ハイビーム用配光パターンＰＨの端部領域ＰＨ２を照射することになる。車両用前照灯１０の場合、この端部領域ＰＨ２は、道路両側の歩道に対応するため、端部領域ＰＨ２において照射される対象は、車両ではなく歩行者が主となる。そのため、歩行者に対してグレアを与えないような配光パターンが好ましい。そこで、本実施の形態に係る回転リフレクタ２６は、ブレード２６ａの第２領域２６ａ２の反射率を低くすることで、ハイビーム用配光パターンの端部領域ＰＨ２の明るさを抑え、グレアを低減できる。
　また、ハイビーム用配光パターンＰＨの端部近傍の照射領域を広げるために、ＬＥＤ２８から出射した光が反射面で拡散するようにブレード２６ａの第２領域２６ａ２の反射面の形状を、例えば凹凸構造としてもよい。この際、ブレード２６ａの反射面の全面を凹凸構造とすると、ハイビーム用配光パターンの一部を遮光するための制御では、遮光部（図４に示す領域Ｒ１）と照射部（図４に示す領域Ｒ２）との境界が不鮮明となる。そのため、確実に先行車３２等の車両にグレアを与えないようにするためには、ハイビーム用配光パターンにおける遮光部を広げる必要があるが、その場合、照射部が狭くなるため視認性の低下を招くことになる。
　そこで、ブレード２６ａの第２領域２６ａ２での反射光を主として拡散させることで、ハイビーム用配光パターンＰＨの中央領域ＰＨ１での視認性を満たしつつ、より広範囲な配光を実現できる。また、ブレード２６ａの反射面を光が拡散するような形状にすることで、例えばレーザ光のように広がりが小さい点光源のような場合であっても、ある程度広範囲の配光パターンを実現できる。
　上述のように、回転リフレクタ２６のブレード２６ａの表面状態や表面形状を工夫することで、ブレード２６ａの表面が一様な状態と比較して、照射態様を局所的に変化させた高品質な配光パターンを実現できる。
　なお、ブレード２６ａの反射面の第２領域２６ａ２は、ＬＥＤ２８から出射した光によって励起され、ＬＥＤ２８の光と波長の異なる波長の光を発する波長変換部としての蛍光体を有してもよい。蛍光体は、第２領域２６ａ２の表面に配置してもよいし、第２領域２６ａ２の一部を構成してもよい。これにより、ブレード２６ａの第２領域で反射される光の色を、ＬＥＤ２８の光の色に対して異ならせることができる。つまり、ハイビーム用配光パターンの色を一部領域において変化させることができる。なお、波長変換部としては、着色された反射面など、光源からの光（例えば白色光）のうち、特定波長の反射率を低下させるように構成されたものであってもよい。つまり、着色された反射面は、光源から出射した光と波長（色）の異なる光を発することになる。したがって、このような着色された反射面を波長変換部とした場合も、ブレード２６ａの第２領域で反射される光の色を、ＬＥＤ２８の光の色に対して異ならせることができる。
　なお、蛍光体は、第２領域２６ａ２ではなく第１領域２６ａ１に配置してもよいし、第１領域２６ａ１および第２領域２６ａ２の両方に配置してもよい。また、蛍光体は一種類でも複数種類でもよく、また、同じ種類の蛍光体を領域によって濃度を変えて配置してもよい。また、蛍光体はランバーシアンな発光のため、反射面の前方に集光リフレクタを配置してもよい。
　また、ハイビーム用配光パターンＰＨの端部領域ＰＨ２の照射光の色がマゼンタ色となるように、第２領域２６ａ２の表面に配置する蛍光体を選択してもよい。マゼンタ色の光で歩行者を照射すると、歩行者の肌が違和感のある色に見えるため、運転者が歩行者に気付きやすくなる。
　次に、本実施の形態に係る車両用前照灯１０の制御について説明する。図６は、本実施の形態に係る車両用前照灯を備えた車両における制御ブロックを模式的に示した図である。
　車両１００は、車両用前照灯１０と、ランプアクチュエータ３４と、ＬＥＤ２８を駆動する駆動モジュール３６と、車両前方を撮影するカメラ３８と、車両情報取得部４０と、車両用前照灯１０を制御するランプＥＣＵ４２と、を備える。車両用前照灯１０とランプＥＣＵ４２とは、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）通信が可能なケーブル４４で接続されている。ランプＥＣＵ４２と、カメラ３８および車両情報取得部４０とは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信が可能なケーブル４６，４８で接続されている。車両情報取得部４０は、例えば、舵角センサから舵角情報を、車速センサから車速情報を、加速度センサから加速度情報を取得し、ランプＥＣＵ４２に送信する。
　車両１００は、例えば、カメラ３８で撮影した画像情報に基づいて前方の車両や歩行者等を検出し、その状況に適した配光を実現すべくランプＥＣＵ４２において配光条件を決定し、車両用前照灯１０の点灯状態を制御することができる。また、本実施の形態に係る車両用前照灯１０のランプユニット２０は、図３に示すように、回転リフレクタ２６のブレード２６ａで反射された光の一部を受光する受光部としての光センサ５０を備えている。光センサ５０は、例えば光電変換素子（明るさセンサ）であり、形成される配光パターンを阻害しないように配置されているとよい。
　そして、光センサ５０は、受光した光の強度の情報を、ケーブル４４を介してランプＥＣＵ４２に送信する。ランプＥＣＵ４２は、光センサ５０の出力に基づいてＬＥＤ２８から出射される光の出力が安定するように駆動モジュール３６を制御する。これにより、ＬＥＤ２８の温度や劣化に応じて、ＬＥＤ２８から出射される光の出力を安定させることができる。
　（第２の実施の形態）
　第１の実施の形態では、光源から出射した光が配光パターンの中央部を照射する際の第１照射態様と、光源から出射した光が配光パターンの端部を照射する際の第２照射態様と、が異ならせるために、回転リフレクタ２６のブレード２６ａの表面形態を部分的に異ならせている。
　本実施の形態に係るランプユニット２０では、ＬＥＤ２８および回転リフレクタ２６は、その回転動作によりＬＥＤ２８から出射した光を照射ビームとして走査することによって配光パターンを形成するとともに、第１照射態様および第２照射態様において、走査速度を変化させる、または、ＬＥＤ２８から出射する光の出力を変化させるように構成されている。これにより、配光パターンの明るさを制御することができる。
　具体的には、回転リフレクタ２６のブレード２６ａの第１領域２６ａ１での反射光で配光パターンの一部を形成しているタイミングにおける回転リフレクタ２６の回転速度と、ブレード２６ａの第２領域２６ａ２での反射光で配光パターンの一部を形成しているタイミングにおける回転リフレクタ２６の回転速度と、を異ならせる。この場合、ブレード２６ａの反射面の表面形態が一様で、ＬＥＤ２８の出射光の強度が一定であっても、配光パターンの明るさ（輝度）を局所的に変化させることができる。
　また、回転リフレクタ２６のブレード２６ａの第１領域２６ａ１での反射光で配光パターンの一部を形成しているタイミングにおけるＬＥＤ２８から出射する光の出力と、ブレード２６ａの第２領域２６ａ２での反射光で配光パターンの一部を形成しているタイミングにおけるＬＥＤ２８から出射する光の出力と、を異ならせてもよい。この場合、ブレード２６ａの反射面の表面形態が一様で、回転リフレクタ２６の回転速度が一定であっても、配光パターンの明るさ（輝度）を局所的に変化させることができる。
　これらの制御は、光を走査する基準位置からの距離または位相と、走査速度や光出力変調とを同期することで、配光パターンの所定の場所が同じ明るさとなる。また、ランプＥＣＵ４２は、車両情報取得部４０から取得したステアリング情報や車速情報、カメラ３８から取得した画像情報等に基づいて走行環境を判断し、輝度分布が最適な配光パターンとなるように車両用前照灯１０を制御する。例えば、カメラ３８が撮影した画像情報に基づいて反射率の高い看板等を検出した場合、配光パターンのうち看板に該当する領域の輝度を下げるようにランプＥＣＵ４２が車両用前照灯１０を制御することで、看板からの反射光によるグレアを低減できる。
　また、回転リフレクタ２６を回転させるランプアクチュエータ３４はＬＥＤ２８等の半導体に比べ寿命が短い。そこで、停車時等のようにＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）機能を停止している場合は、アクチュエータの動作を停止させるようにしてもよい。これにより、アクチュエータの寿命を延ばすことができる。なお、アクチュエータの動作を停止させる場合は、回転リフレクタ２６のブレード２６ａの位置が毎回同じ位置（例えば、ブレード２６ａで反射されたＬＥＤ２８の光が光センサ５０に入射するような位置）となるように停止させるとよい。これにより、回転リフレクタ２６を再度回転させて配光パターンを形成する際の制御が容易となる。
　（第３の実施の形態）
　回転リフレクタ２６の回転によってブレード２６ａで反射した光で前方を走査する、いわゆるスキャン方式の光学ユニットの場合、可動部があるため、車両用前照灯１０の灯室５２内で空気の循環が生じる。そこで、ブレード２６ａや反射ミラー等の可動部を汚損から保護するために、図１に示すように、灯室５２内に環境調整部５４を設けてもよい。
　環境調整部５４は、例えば、除電装置（軟Ｘ線ランプ、コロナ放電装置）、乾燥剤を収容した装置、防塵フィルター、粘着シート等が挙げられる。また、回転リフレクタ２６等の可動部を含む空間領域を他の空間領域と区分する筐体を設けてもよい。あるいは、灯室５２は、ＬＥＤといった半導体励起光源のような熱源を含む空間領域と、半導体励起光で蛍光発光するブレード２６ａや回転リフレクタ２６を含む空間領域とが区分されている構造であってもよい。
　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。
　上述の各実施の形態では、光学ユニットを車両用灯具に適用した場合について説明したが、必ずしもこの分野への適用に限らない。例えば、種々の配光パターンを切り替えて照明を行う舞台や娯楽施設における照明器具に適用してもよい。従来、このような分野の照明器具は、照明方向を変えるための大掛かりな駆動機構が必要あったが、本実施の形態に係る光学ユニットであれば、回転リフレクタの回転と光源の点消灯で様々な配光パターンを形成できるため、大掛かりな駆動機構が不要であり、小型化が可能である。
　また、上述の各実施の形態に係る光学ユニットは、ブレードを備えた回転リフレクタであるが、ガルバノミラーや２軸スキャンミラーであってもよい。
　１０　車両用前照灯、　１２　ランプボディ、　１４　前面カバー、　１６　灯室、　２０　ランプユニット、　２２　リフレクタ、　２６　回転リフレクタ、　２６ａ　ブレード、　２６ａ１　第１領域、　２６ａ２　第２領域、　２６ｂ　回転部、　２８　ＬＥＤ、　３０　凸レンズ、　３２　先行車、　３４　ランプアクチュエータ、　３６　駆動モジュール、　３８　カメラ、　４０　車両情報取得部、　４２　ランプＥＣＵ、　５０　光センサ、　５２　灯室、　５４　環境調整部、　１００　車両。
　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利用できる。

Claims (5)

  1. 　光源と、
    　前記光源から出射し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、を備えた光学ユニットであって、
    　前記回転リフレクタは、
    　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に反射面が設けられており、
    　前記光学ユニットは、光源から出射した光が配光パターンの中央部を照射する際の第１照射態様と、光源から出射した光が配光パターンの端部を照射する際の第２照射態様と、が異な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. 　前記反射面は、
    　配光パターンの中央部を照射する光が反射される第１領域と、配光パターンの端部を照射する光が反射される第２領域と、を有し、
    　前記第１領域の反射率と、前記第２領域の反射率とが異なることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
  3. 　前記反射面は、
    　配光パターンの中央部を照射する光が反射される第１領域と、配光パターンの端部を照射する光が反射される第２領域と、を有し、
    　前記第２領域は、光源から出射した光と波長の異なる波長の光を発する波長変換部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
  4. 　前記反射面で反射された光の一部を受光する受光部と、
    　前記受光部の出力に基づいて光源から出射される光の出力を制御する制御部と、を更に備え、
    　前記受光部は、形成される配光パターンを阻害しないように配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
  5. 　前記光源および前記回転リフレクタは、
    　その回転動作により光源から出射した光を照射ビームとして走査することによって配光パターンを形成するとともに、
    　前記第１照射態様および前記第２照射態様において、走査速度を変化させる、または、光源から出射する光の出力を変化させ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。
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