WO2015122304A1 - 光学ユニットおよび車両用灯具 - Google Patents

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WO2015122304A1
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light
reflector
projection lens
optical unit
rotating
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PCT/JP2015/052851
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秀忠 田中
美紗子 中澤
山村　聡志
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株式会社小糸製作所
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    • F21S45/10—Protection of lighting devices

Definitions

  • the present invention relates to an optical unit, and more particularly to an optical unit used for a vehicular lamp.
  • a vehicular lamp including an optical unit having a rotating reflector that rotates in one direction around a rotation axis while reflecting light emitted from a light source is known (see Patent Document 1).
  • the rotating reflector is provided with a plurality of blades provided in the circumferential direction of the rotating shaft, provided with a reflecting surface on which the reflected light forms a desired light distribution pattern. The light reflected by the blade is projected in front of the vehicle lamp through the projection lens.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for preventing the blade from being melted by the light incident on the projection lens being collected in an optical unit including a rotating reflector. There is.
  • An optical unit is a light source and a rotating reflector that rotates about a rotation axis, and reflects light emitted from the light source while rotating by a predetermined angle to form a desired light distribution pattern.
  • a rotating reflector having a plurality of blades having reflecting surfaces in the circumferential direction of the rotating shaft, and a projection lens having an incident surface on which reflected light from the rotating reflector is incident.
  • a shade is provided between the projection lens and the rotary reflector that is incident on the exit surface of the projection lens at an angle within a predetermined range and is collected by the projection lens and blocks at least a part of the light directed to the reflection surface of the rotary reflector. .
  • the shade may be provided at a position that does not block the reflected light from the reflector. According to this, it is possible to eliminate the influence of the shade on the light distribution pattern formed by the optical unit.
  • the shade may be made of metal. According to this, it can prevent that shade itself melt
  • an optical unit including a rotating reflector it is possible to prevent the blade from being damaged due to the light incident on the projection lens being condensed.
  • FIG. 1 is a horizontal sectional view of a vehicle headlamp according to a first embodiment. It is the top view which showed typically the structure of the lamp unit containing the optical unit which concerns on 1st Embodiment. It is a side view at the time of seeing a lamp unit from the A direction shown in FIG. 4 (a) to 4 (e) are perspective views showing the state of the blade according to the rotation angle of the rotary reflector in the lamp unit according to the first embodiment. 4 (f) to 4 (j) are diagrams for explaining that the direction in which the light from the light source is reflected changes corresponding to the states of FIGS. 4 (a) to 4 (e). .
  • FIG. 5 (a) to 5 (e) are diagrams showing projected images at the scanning position where the rotary reflector corresponds to the states of FIGS. 4 (f) to 4 (j).
  • FIG. 6A is a diagram showing a light distribution pattern when a range of ⁇ 5 degrees to the left and right with respect to the optical axis is scanned using the vehicle headlamp according to the first embodiment.
  • Is a diagram showing the luminous intensity distribution of the light distribution pattern shown in FIG. 6A
  • FIG. 6C is one place in the light distribution pattern using the vehicle headlamp according to the first embodiment.
  • 6 (d) is a diagram showing the luminous intensity distribution of the light distribution pattern shown in FIG. 6 (c)
  • FIG. 6 (e) is the front view for a vehicle according to the first embodiment.
  • FIG. 6 (f) is a diagram showing a light intensity distribution of the light distribution pattern shown in FIG. 6 (e). It is a schematic perspective view of the vehicle lamp which concerns on 2nd Embodiment. It is a schematic perspective view of another example of the vehicular lamp according to the second embodiment. It is a top view of the optical unit of FIG. It is a perspective view when the optical unit of FIG. 7 is observed from the vehicle rear side.
  • (A)-(d) is a figure which shows the light ray locus when sunlight injects into the output surface of the projection lens of an optical unit.
  • FIG. 1 is a horizontal sectional view of a vehicle headlamp according to a first 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 may be used as a light source.
  • a semiconductor laser a light source that excites a phosphor with a semiconductor laser, or a combination of these and an LED may be used as a 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. As a result, as shown in FIG. 2, scanning using the light of the LED 28 becomes possible. This point will be further described in detail.
  • 4 (a) to 4 (e) are perspective views showing the state of the blade in accordance with the rotation angle of the rotary reflector 26 in the lamp unit according to the present embodiment.
  • 4 (f) to 4 (j) are diagrams for explaining that the direction in which the light from the light source is reflected changes corresponding to the states of FIGS. 4 (a) to 4 (e). .
  • FIG. 4A shows a state where the LED 28 is arranged so as to irradiate the boundary region between the two blades 26a1 and 26a2.
  • the light of the LED 28 is reflected in a direction oblique to the optical axis Ax by the reflecting surface S of the blade 26a1.
  • the rotary reflector 26 rotates and enters the state shown in FIG. 4B
  • the blade 26a1 is twisted, so that the reflection surface S (reflection angle) of the blade 26a1 that reflects the light of the LED 28 changes.
  • FIG. 4G shows the light from the LED 28 is reflected in a direction closer to the optical axis Ax than the reflection direction shown in FIG.
  • the rotating reflector 26 rotates as shown in FIGS. 4C, 4D, and 4E
  • the light reflection direction of the LED 28 is an area in front of the vehicle where the light distribution pattern is formed. Of these, it changes toward the other end of the left and right ends.
  • the rotating reflector 26 according to the present embodiment 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 secondary light source (light source virtual image) 31 moves to the left and right in the vicinity of the focal point of the convex lens 30.
  • 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.
  • FIGS. 5 (a) to 5 (e) are diagrams showing projected images at the scanning position where the rotary reflector corresponds to the states of FIGS. 4 (f) to 4 (j).
  • the unit of the vertical axis and the horizontal axis in the figure is degree (°), and indicates the irradiation range and irradiation position.
  • the projection image moves in the horizontal direction by the rotation of the rotary reflector 26.
  • FIG. 6A is a diagram showing a light distribution pattern when a range of ⁇ 5 degrees to the left and right of the optical axis is scanned using the vehicle headlamp according to the present embodiment, and FIG. The figure which shows the luminous intensity distribution of the light distribution pattern shown to Fig.6 (a), FIG.6 (c) is the state which light-shielded one place among the light distribution patterns using the vehicle headlamp which concerns on this Embodiment.
  • FIG. 6 (d) is a diagram showing the luminous intensity distribution of the light distribution pattern shown in FIG. 6 (c), and FIG. 6 (e) is a diagram using the vehicle headlamp according to the present embodiment.
  • FIG. 6 (f) is a diagram showing a light intensity distribution of the light distribution pattern shown in FIG. 6 (e).
  • the vehicular headlamp 10 reflects the light of the LED 28 with a rotating reflector 26 and scans the front with the reflected light to form a substantially rectangular shape.
  • a high-beam light distribution pattern can be formed.
  • 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 synchronizes the turn-on / off timing of the LED 28 and the change in the luminous intensity with the rotation of the rotary reflector 26, so that FIG. As shown in FIG. 6E, a high beam light distribution pattern in which an arbitrary region is shielded can be formed. Further, when the luminous intensity of the LED 28 is changed (turned on and off) in synchronization with the rotation of the rotary reflector 26 to form a high-beam distribution pattern, the distribution pattern itself is swiveled by shifting the phase of the luminous intensity change. Control is also possible.
  • 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. 7 is a schematic perspective view of the vehicular lamp 100 according to the second embodiment when viewed from the upper left. Similar to the first embodiment, the vehicular lamp 100 is a right headlamp mounted on the right side of the front end portion of the automobile.
  • the vehicular lamp 100 includes a lamp body 102 whose front opening is covered with a transparent front cover (not shown) to form a lamp chamber.
  • a transparent front cover (not shown) to form a lamp chamber.
  • two lamp units 118 and 120 are arranged side by side in the vehicle width direction.
  • the lamp unit 118 arranged on the outer side in the vehicle width direction (left side in FIG. 7) is for forming a low beam composed of a light source, a reflector having a reflecting surface that reflects light emitted from the light source, and a projection lens. It is a lamp unit. Such a lamp unit is well known and will not be described in detail.
  • the optical unit 120 disposed on the inner side in the vehicle width direction is a lamp unit including the rotating reflector 140 similar to the lamp unit 20 described in the first embodiment.
  • the vehicle lamp 100 may be provided with other types of lamp units in addition to the lamp units 118 and 120.
  • FIG. 9 is a top view of the optical unit 120 of FIG. 7, and FIG. 10 is a perspective view of the optical unit 120 observed from the vehicle rear side.
  • the optical unit 120 includes a rotating reflector 140, an LED 112 that is a light source, and a projection lens 130 that is a convex lens disposed in front of the rotating reflector 26.
  • a semiconductor light emitting element such as an EL element or an LD element may be used as a light source.
  • a semiconductor laser, a light source that excites a phosphor with a semiconductor laser, or a combination of these and an LED may be used as a light source.
  • a heat sink 114 for promoting heat dissipation of the LED is disposed behind the LED 112.
  • the shape of the projection lens 130 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, a part of the projection lens 130 is cut away so that the rotary reflector can be observed from the front side of the vehicle (see FIG. 7).
  • Rotating reflector 140 rotates in one direction around the rotation axis by a driving source such as a motor (not shown).
  • the rotating reflector 140 includes a plurality of blades 142 having a reflecting surface that reflects light emitted from the LED 112 while rotating by a predetermined angle to form a desired light distribution pattern in the circumferential direction of the cylindrical rotating portion 144 (see FIG. 2 in this embodiment).
  • the shapes of these blades 142 are configured such that a secondary light source by reflection is formed in the vicinity of the focal point of the projection lens 130, similarly to the blade 26a of the rotary reflector 26 of the first embodiment.
  • the blade 142 has a twisted shape so that the angle formed by the optical axis and the reflecting surface changes as it goes in the circumferential direction around the rotation axis.
  • the blade 142 is usually made by plastic molding.
  • the optical unit 120 reflects the light of the LED 112 by the rotating reflector 140 and scans the front with the reflected light, thereby forming a substantially rectangular high-beam light distribution pattern. be able to.
  • the cooling fan 150 is provided on the opposite side of the rotating reflector 140 from the reflecting surface of the blade 142.
  • the cooling fan 150 is attached to the rotating shaft of the rotating reflector, and is driven together with the rotating reflector 140 by the motor (not shown) described above. Since the cooling fan 150 is provided on the side opposite to the reflecting surface of the blade, there is no influence on the light distribution pattern formed by the rotating reflector.
  • the cooling fan 150 is a so-called blower fan in which a multiblade blade 156 is rotatably accommodated in a cylindrical casing 158.
  • the multiblade blade 156 shares the rotating shaft with the rotating reflector 140.
  • the cooling fan 150 is configured to take in air from the suction port 152 formed at the bottom of the housing 158 and blow out the air compressed by the rotation of the blades 156 from the air outlet 154 formed on the side surface of the housing 158.
  • a blower fan as the cooling fan, it is possible to generate wind in a direction orthogonal to the rotation axis of the rotary reflector.
  • the rotational speed and rotational speed of the rotary reflector are not affected. Further, by arranging the suction port 152 on the side opposite to the rotating reflector 140, air can be taken in without being affected by the rotating reflector.
  • the blade 142 of the rotating reflector 140 may be melted by sunlight depending on conditions. This will be described with reference to FIG.
  • FIGS. 11A to 11D are diagrams showing light ray trajectories when sunlight is incident on the exit surface 130a of the projection lens 130 of the optical unit 120.
  • FIG. Since the altitude of the sun changes with time, the incident angle of sunlight on the projection lens changes.
  • 11 (a), (b), (c), and (d) respectively show the ray trajectories when the incident light is 0 degree, 10 degrees, 20 degrees, and 30 degrees with respect to the horizon.
  • the light incident on the exit surface 130a of the projection lens 130 is condensed near the rear focal point by the projection lens. At this time, due to the curvature of field of the projection lens 130, the position of the focal point with respect to the projection lens changes depending on the angle of the incident light.
  • the focal point F1 is located on the vehicle rear side (right side in the figure) with respect to the blade 142 of the rotating reflector 140.
  • the position of the focal point F2 approaches the blade 142 as shown in FIG.
  • the focal point F3 When the incident light angle is 20 degrees, the focal point F3 is almost located on the reflecting surface of the blade 142 as shown in FIG. When the incident light angle is in the vicinity, the energy of sunlight is concentrated on the reflecting surface, so that the blade 142 that is a plastic part may be melted. When the incident light angle reaches 30 degrees, the focal point F4 moves between the projection lens 130 and the rotary reflector 140 as shown in FIG.
  • a shade 160 is provided between the projection lens 130 and the rotating reflector 140.
  • Shade 160 By blocking the light traveling toward the vicinity of the focal point F3 by the shade 160, it is possible to prevent the blade 142 from being melted by the light incident on the projection lens 130 being condensed.
  • Shade 160 is preferably made of metal. Thereby, it is possible to prevent the shade 160 itself from being melted by the light collected by the projection lens 130.
  • FIGS. 11B to 11D show blades necessary for forming a desired light distribution pattern by reflecting the light emitted from the LED 112 toward the projection lens 130 when the optical unit 120 is turned on. Region B on the reflective surface 142 is also shown. If the shade 160 described above is provided at a position on the blade 142 that does not block the reflected light from the region B, the light distribution pattern formed by the optical unit 120 is not affected.
  • the shade 160 is depicted as being located in the immediate vicinity of the rotary reflector 140 and having a length substantially the same as the diameter of the rotary reflector 140, but the position and shape of the shade 160 are not limited thereto. For example, even when the shade 160 has a length indicated by C in FIG.
  • one shade 160 may be provided on each of the upper and lower sides of the rotating reflector 140.
  • the angle of the incident light described with reference to FIG. 11 is an example, and the projection may cause the blade to melt due to various factors such as the shape of the projection lens and the mounting position of the vehicle lamp on the vehicle. Note that the angular range of light incident on the lens varies. This angular range may be determined by experiment or simulation.
  • the lamp 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.
  • an optical unit including a rotating reflector it is possible to prevent the blade from being damaged due to the light incident on the projection lens being condensed.

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Abstract

光学ユニット（１２０）は、光源（１１２）と、回転軸を中心に回転する回転リフレクタ（１４０）と、回転リフレクタ（１４０）からの反射光が入射する入射面（１３０ｂ）を有する投影レンズ（１３０）と、を備える。回転リフレクタ（１４０）は、所定の角度だけ回転する間に光源から出射した光を反射して所望の配光パターンを形成する反射面を有する複数のブレード（１４２）を回転軸の周方向に有している。投影レンズ（１３０）と回転リフレクタ（１４０）の間にシェード（１６０）が設けられる。シェード（１６０）は、投影レンズ（１３０）の出射面（１３０ａ）に対して所定範囲の角度で入射し投影レンズにより集光されて回転リフレクタ（１４０）の反射面に向かう光の少なくとも一部を遮る。

Description

光学ユニットおよび車両用灯具
　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。
　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を有する光学ユニットを備えた車両用灯具が知られている（特許文献１参照）。回転リフレクタには、反射した光が所望の配光パターンを形成する反射面が設けられたブレードが、回転軸の周方向に複数設けられている。ブレードにより反射された光は、投影レンズを通して車両用灯具の前方に投影される。
特願２０１０－０９２１２４号公報
　上記のような車両用灯具が搭載された車両が昼間に走行すると、灯具に入射した太陽光が投影レンズによって回転リフレクタのブレードの反射面上に集光され、ブレードが溶損するおそれがある。
　本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転リフレクタを備える光学ユニットにおいて、投影レンズに入射した光が集光されることによるブレードの溶損を防止する技術を提供することにある。
　本発明のある態様の光学ユニットは、光源と、回転軸を中心に回転する回転リフレクタであって、所定の角度だけ回転する間に光源から出射した光を反射して所望の配光パターンを形成する反射面を有する複数のブレードを回転軸の周方向に有している、回転リフレクタと、回転リフレクタからの反射光が入射する入射面を有する投影レンズと、を備える。投影レンズの出射面に対して所定範囲の角度で入射し該投影レンズにより集光されて回転リフレクタの反射面に向かう光の少なくとも一部を遮るシェードが、投影レンズと回転リフレクタの間に設けられる。
　この態様によると、投影レンズによりブレードの反射面上に集光される光をシェードで遮ることで、ブレードの溶損を防止することができる。
　シェードは、リフレクタからの反射光を遮らない位置に設けられてもよい。これによると、光学ユニットが形成する配光パターンにシェードが与える影響を排除できる。
　シェードが金属製であってもよい。これによると、集光によりシェード自体が溶損することを防止できる。
　本発明によれば、回転リフレクタを備える光学ユニットにおいて、投影レンズに入射した光が集光されることによるブレードの溶損を防止することができる。
第１の実施の形態に係る車両用前照灯の水平断面図である。 第１の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。 図４（ａ）～図４（ｅ）は、第１の実施の形態に係るランプユニットにおいて回転リフレクタの回転角に応じたブレードの様子を示す斜視図である。図４（ｆ）～図４（ｊ）は、図４（ａ）～図４（ｅ）の状態に対応して光源からの光を反射する方向が変化する点を説明するための図である。 図５（ａ）～図５（ｅ）は、回転リフレクタが図４（ｆ）～図４（ｊ）の状態に対応した走査位置における投影イメージを示した図である。 図６（ａ）は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯を用いて光軸に対して左右±５度の範囲を走査した場合の配光パターンを示す図、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す配光パターンの光度分布を示す図、図６（ｃ）は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯を用いて配光パターンのうち一箇所を遮光した状態を示す図、図６（ｄ）は、図６（ｃ）に示す配光パターンの光度分布を示す図、図６（ｅ）は、第１の実施の形態に係る車両用前照灯を用いて配光パターンのうち複数箇所を遮光した状態を示す図、図６（ｆ）は、図６（ｅ）に示す配光パターンの光度分布を示す図である。 第２の実施の形態に係る車両用灯具の概略斜視図である。 第２の実施の形態に係る車両用灯具の別の例の概略斜視図である。 図７の光学ユニットの上面図である。 図７の光学ユニットを車両後方側から観察したときの斜視図である。 （ａ）～（ｄ）は、光学ユニットの投影レンズの出射面に太陽光が入射したときの光線軌跡を示す図である。
　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）
　図１は、第１の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を光源として用いてもよい。また、ＬＥＤ２８の代わりに、半導体レーザや、半導体レーザで蛍光体を励起発光する光源を用いてもよいし、これらとＬＥＤの組合せを光源として用いてもよい。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。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と反射面とがな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。この点についてさらに詳述する。
　図４（ａ）～図４（ｅ）は、本実施の形態に係るランプユニットにおいて回転リフレクタ２６の回転角に応じたブレードの様子を示す斜視図である。図４（ｆ）～図４（ｊ）は、図４（ａ）～図４（ｅ）の状態に対応して光源からの光を反射する方向が変化する点を説明するための図である。
　図４（ａ）は、ＬＥＤ２８が２つのブレード２６ａ１、２６ａ２の境界領域を照射するように配置されている状態を示している。この状態では、図４（ｆ）に示すように、ＬＥＤ２８の光は、ブレード２６ａ１の反射面Ｓで光軸Ａｘに対して斜めの方向に反射される。その結果、配光パターンが形成される車両前方の領域のうち、左右両端部の一方の端部領域が照射される。その後、回転リフレクタ２６が回転し、図４（ｂ）に示す状態になると、ブレード２６ａ１が捩れているため、ＬＥＤ２８の光を反射するブレード２６ａ１の反射面Ｓ（反射角）が変化する。その結果、図４（ｇ）に示すように、ＬＥＤ２８の光は、図４（ｆ）に示す反射方向よりも光軸Ａｘに近い方向に反射される。
　続いて、回転リフレクタ２６が図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）に示すように回転すると、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。なお、図４（ｆ）～図４（ｊ）に示すように、２次光源（光源虚像）３１は、凸レンズ３０の焦点近傍で左右に移動している。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。図５（ａ）～図５（ｅ）は、回転リフレクタが図４（ｆ）～図４（ｊ）の状態に対応した走査位置における投影イメージを示した図である。図の縦軸および横軸の単位は度（°）であり、照射範囲および照射位置を示している。図５（ａ）～図５（ｅ）に示すように、回転リフレクタ２６の回転によって投影イメージは水平方向に移動する。
　図６（ａ）は、本実施の形態に係る車両用前照灯を用いて光軸に対して左右±５度の範囲を走査した場合の配光パターンを示す図、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す配光パターンの光度分布を示す図、図６（ｃ）は、本実施の形態に係る車両用前照灯を用いて配光パターンのうち一箇所を遮光した状態を示す図、図６（ｄ）は、図６（ｃ）に示す配光パターンの光度分布を示す図、図６（ｅ）は、本実施の形態に係る車両用前照灯を用いて配光パターンのうち複数箇所を遮光した状態を示す図、図６（ｆ）は、図６（ｅ）に示す配光パターンの光度分布を示す図である。
　図６（ａ）に示すように、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、図６（ｃ）、図６（ｅ）に示すように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。
　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。
（第２の実施の形態）
　図７は、第２の実施の形態に係る車両用灯具１００を左上方から見たときの概略斜視図である。第１の実施の形態と同様に、車両用灯具１００は、自動車の前端部の右側に搭載される右側前照灯である。
　車両用灯具１００は、その前面開口が透明な前面カバー（図示せず）によって覆われて灯室を形成するランプボディ１０２を備えている。ランプボディ１０２には、２つのランプユニット１１８、１２０が車幅方向に並んで配置される。
　車幅方向の外側（図７では左側）に配置されるランプユニット１１８は、光源と、光源から発せられた光を反射する反射面を有するリフレクタと、投影レンズとで構成されるロービーム形成用のランプユニットである。このようなランプユニットは周知であるので、詳細な説明は省略する。
　車幅方向の内側（図７では右側）に配置される光学ユニット１２０は、第１の実施の形態で説明したランプユニット２０と同様の、回転リフレクタ１４０を備えるランプユニットである。
　なお、車両用灯具１００には、ランプユニット１１８、１２０に加えて、他のタイプのランプユニットが設けられていてもよい。
　図９は、図７の光学ユニット１２０の上面図であり、図１０は、光学ユニット１２０を車両後方側から観察したときの斜視図である。光学ユニット１２０は、回転リフレクタ１４０と、光源であるＬＥＤ１１２と、回転リフレクタ２６の前方に配置された凸レンズである投影レンズ１３０と、を備える。なお、ＬＥＤ１１２の代わりにＥＬ素子やＬＤ素子などの半導体発光素子を光源として用いてもよい。また、半導体レーザや、半導体レーザで蛍光体を励起発光する光源を用いてもよいし、これらとＬＥＤの組合せを光源として用いてもよい。
　図９および図１０に示すように、ＬＥＤ１１２の背後には、ＬＥＤの放熱を促進するためのヒートシンク１１４が配設されている。
　投影レンズ１３０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。本実施形態では、投影レンズ１３０の一部が切り欠かれており、車両前方側から回転リフレクタを観察できるようになっている（図７を参照）。
　回転リフレクタ１４０は、図示しないモータなどの駆動源により回転軸を中心に一方向に回転する。回転リフレクタ１４０は、所定の角度だけ回転する間にＬＥＤ１１２から出射した光を反射して所望の配光パターンを形成する反射面を有するブレード１４２を、筒状の回転部１４４の周方向に複数（本実施形態では２枚）有している。これらのブレード１４２の形状は、第１の実施の形態の回転リフレクタ２６のブレード２６ａと同様に、反射による２次光源が投影レンズ１３０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１４２は、回転軸を中心とする周方向に向かうにつれて光軸と反射面とがなす角が変化するように捩られた形状を有している。ブレード１４２は、通常、プラスチック成型で作成される。
　光学ユニット１２０は、図６を参照して説明したように、ＬＥＤ１１２の光を回転リフレクタ１４０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。
　回転リフレクタ１４０のブレード１４２の反射面とは反対側に、冷却ファン１５０が設けられている。冷却ファン１５０は、回転リフレクタの回転軸に取りつけられ、上述した図示しないモータによって回転リフレクタ１４０とともに駆動される。冷却ファン１５０はブレードの反射面とは反対側に設けられているので、回転リフレクタの形成する配光パターンには何ら影響がない。
　冷却ファン１５０は、円筒形の筐体１５８の内部に多翼羽根１５６が回転可能に収容されている、いわゆるブロアファンである。多翼羽根１５６は、回転リフレクタ１４０と回転軸を共有している。冷却ファン１５０は、筐体１５８の底部に形成された吸込口１５２から空気を取り込み、羽根１５６の回転により圧縮された空気を、筐体１５８の側面に形成された吹出口１５４から吹き出すように構成されている。冷却ファンとしてブロアファンを採用することで、回転リフレクタの回転軸に対して直交する方向に風を発生させることができる。冷却ファン１５０の発生する風が回転リフレクタ１４０に直接当たらないため、回転リフレクタの回転数や回転速度に影響を及ぼすことはない。また、吸込口１５２を回転リフレクタ１４０とは反対の側に配置することで、回転リフレクタの影響を受けずに空気を取り込むことができる。
　上記のような車両用灯具１００が搭載された車両が昼間に走行すると、条件によっては、回転リフレクタ１４０のブレード１４２が太陽光によって溶損するおそれがある。これについて、図１１を参照して説明する。
　図１１（ａ）～（ｄ）は、光学ユニット１２０の投影レンズ１３０の出射面１３０ａに太陽光が入射したときの光線軌跡を示す図である。太陽は時間によって高度が変化するため、投影レンズへの太陽光の入射角は変化する。図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、入射光が水平線に対して０度、１０度、２０度、３０度であるときの光線軌跡を示している。
　投影レンズ１３０の出射面１３０ａに入射した光は、投影レンズによって後方の焦点近傍に集光される。このとき、投影レンズ１３０の像面湾曲によって、投影レンズに対する焦点の位置は入射光の角度によって変化する。
　入射光角度が０度であるとき、図１１（ａ）に示すように、焦点Ｆ１は、回転リフレクタ１４０のブレード１４２よりも車両後方側（図中右側）に位置している。入射光角度が１０度になると、図１１（ｂ）に示すように、焦点Ｆ２の位置がブレード１４２に接近する。
　入射光角度が２０度になると、図１１（ｃ）に示すように、焦点Ｆ３がブレード１４２の反射面上にほぼ位置するようになる。入射光角度がこの近辺であるとき、太陽光のエネルギーが反射面に集中するので、プラスチック部品であるブレード１４２が溶損するおそれがある。入射光角度が３０度になると、図１１（ｄ）に示すように、焦点Ｆ４が投影レンズ１３０と回転リフレクタ１４０の間に移動し、溶損のおそれはなくなる。
　したがって、投影レンズ１３０により集光されて回転リフレクタのブレードの反射面に向かう光のうち、図１１（ｃ）に示す焦点Ｆ３の近傍に向かう光を遮れば、ブレードの溶損は防止できる。そこで、本実施形態では、図７および９に示すように、投影レンズ１３０と回転リフレクタ１４０の間に、シェード１６０が設けられている。
　焦点Ｆ３近傍に向かう光をシェード１６０により遮光することで、投影レンズ１３０に入射した光が集光されることによるブレード１４２の溶損を防止すことができる。なお、シェード１６０は金属製であることが好ましい。これにより、投影レンズ１３０による集光によりシェード１６０自体が溶損することを防止できる。
　図１１（ｂ）～（ｄ）には、光学ユニット１２０をオンにしたとき、ＬＥＤ１１２から出射した光を投影レンズ１３０に向けて反射して所望の配光パターンを形成するのに必要な、ブレード１４２の反射面上の領域Ｂも示されている。上述したシェード１６０を、ブレード１４２上のこの領域Ｂからの反射光を遮らない位置に設けるようにすれば、光学ユニット１２０により形成される配光パターンに影響を与えることはない。
　図９では、シェード１６０が回転リフレクタ１４０の直近に位置し、回転リフレクタ１４０の直径と略同じ長さであるように描かれているが、シェード１６０の位置および形状はこれに限られない。例えば、シェード１６０は、図９中にＣで示す長さであっても、集光によるブレードの溶損を十分防ぐことができる。
　また、シェード１６０は、図８に示すように、回転リフレクタ１４０の上側と下側にそれぞれ一枚ずつ設けられてもよい。
　なお、図１１を参照して説明した入射光の角度は一例であり、投影レンズの形状や、車両用灯具の車両上での搭載位置等の様々な要因により、ブレードが溶損するおそれのある投影レンズへの入射光の角度範囲は変化することに注意する。この角度範囲は実験またはシミュレーションで決定すればよい。
　以上、本発明を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、各実施の形態の構成を適宜組合せたものや置換したものについても本発明に含まれる。
　上述の実施の形態では、ランプ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。
　１００　車両用灯具、　１１２　ＬＥＤ、　１３０　投影レンズ、　１３０ａ　出射面、　１３０ｂ　入射面、　１４０　回転リフレクタ、　１４２　ブレード、　１６０　シェード。
　本発明によれば、回転リフレクタを備える光学ユニットにおいて、投影レンズに入射した光が集光されることによるブレードの溶損を防止することができる。

Claims (4)

  1. 　光源と、
    　回転軸を中心に回転する回転リフレクタであって、所定の角度だけ回転する間に前記光源から出射した光を反射して所望の配光パターンを形成する反射面を有する複数のブレードを回転軸の周方向に有している、回転リフレクタと、
    　前記回転リフレクタからの反射光が入射する入射面を有する投影レンズと、を備える光学ユニットにおいて、
    　前記投影レンズの出射面に対して所定範囲の角度で入射し該投影レンズにより集光されて前記回転リフレクタの反射面に向かう光の少なくとも一部を遮るシェードが、前記投影レンズと前記回転リフレクタの間に設けられることを特徴とする光学ユニット。
  2. 　前記シェードは、前記リフレクタからの反射光を遮らない位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
  3. 　前記シェードが金属製であ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. 　請求項１ないし３のいずれかに記載の光学ユニットを用いた車両用灯具。
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