JP2023076867A

JP2023076867A - 光学ユニット

Info

Publication number: JP2023076867A
Application number: JP2021189858A
Authority: JP
Inventors: 秀忠田中; Hidetada Tanaka
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2023-06-05

Abstract

【課題】車両用前照灯の照明デザインを向上する新たな技術を提供する。
【解決手段】光学ユニット１２は、第１の発光部１４ａと第２の発光部１４ｂとを有する光源１４と、第１の発光部１４ａから出射した第１の光Ｌ１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、第２の発光部１４ｂから出射した第２の光Ｌ２を反射する固定リフレクタ２０と、回転リフレクタ１６で反射された第１の光Ｌ１を車両前方に第１の配光パターンとして投影し、固定リフレクタ２０で反射された第２の光Ｌ２を車両前方に第２の配光パターンとして投影する投影レンズ１８と、を備える。第１の発光部１４ａは、第１の配光パターンとしてハイビーム用配光パターンを形成する際に点灯し、第２の発光部１４ｂは、第１の発光部１４ａが消灯している場合に点灯する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学ユニットに関する。

近年、光源から出射した光を車両前方に反射し、その反射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装置が考案されている。例えば、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と、発光素子からなる光源と、を備え、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光学ユニットが知られている（特許文献１参照）。

国際公開第２０２０／１３７６３６号

前述の光学ユニットは、車両用前照灯における可変配光ハイビームに適したユニットであり、ロービーム用の他の光学ユニットと併せて車両用前照灯を構成する。このような車両前照灯の場合、ロービームのみを照射する状況では、可変配光ハイビーム用の光学ユニットによるハイビームの照射は停止する必要がある。そのため、ロービーム用の光学ユニットは点灯し、ハイビーム用の光学ユニットは消灯することになり、全ての光学ユニットが点灯している場合と比較して、車両用前照灯の照明デザインに改善の余地がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところの一つは、車両用前照灯の照明デザインを向上する新たな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、第１の発光部と第２の発光部とを有する光源と、第１の発光部から出射した第１の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、第２の発光部から出射した第２の光を反射する固定リフレクタと、回転リフレクタで反射された第１の光を車両前方に第１の配光パターンとして投影し、固定リフレクタで反射された第２の光を車両前方に第２の配光パターンとして投影する投影レンズと、を備える。第１の発光部は、第１の配光パターンとしてハイビーム用配光パターンを形成する際に点灯し、第２の発光部は、第１の発光部が消灯している場合に点灯する。

この態様によると、ハイビーム用配光パターンを形成していない場合でも光学ユニットを光らせることができる。

第１の発光部及び第２の発光部は、同じ基板に設けられていてもよい。これにより、部品点数を低減し省スペースの光学ユニットを実現できる。

基板は、第２の発光部から出射した光が回転リフレクタで反射されずに投影レンズに入射する位置に配置されていてもよい。これにより、異なるリフレクタで反射される光をそれぞれ出射する複数の発光部を同じ基板に設けることができる。

第２の発光部は、点灯時に出射する第２の光により、ハイビーム用配光パターンよりも下部の領域を含む第２の配光パターンを形成してもよい。これにより、ハイビーム用配光パターンを形成していない場合でも、例えば、水平線より下部の領域を照射することで前走車や対向車に対するグレアを抑制しつつ光学ユニットを光らせることができる。

回転リフレクタは、回転軸が車両前後方向に対して交差するように配置されており、第１の発光部から車両後方へ斜め上に出射した第１の光を車両前方へ反射する反射面を有してもよい。

以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を製造方法、灯具や照明などの装置、発光モジュール、光源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、車両用前照灯の照明デザインを向上できる。

本実施の形態に係る車両用灯具の概略構成を模式的に示す上面図である。本実施の形態に係る車両用灯具の概略構成を模式的に示す側面図である。本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。本実施の形態に係る素子搭載用基板のうち第１の発光部を示す上面図である。図５（ａ）は、本実施の形態に係る光源の第１の発光部の発光領域が回転リフレクタが静止した状態で反射投影された照射範囲を示す模式図、図５（ｂ）は本実施の形態に係る光学ユニットにより形成されたハイビーム用配光パターンの一例の模式図である。本実施の形態に係る光学ユニットにより形成された配光パターンの一例の模式図である。

以下、本発明を好適な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すべ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、種々の車両用灯具に用いることができる。はじめに、実施の形態に係る後述の光学ユニットを搭載可能な車両用灯具の概略について説明する。

（車両用灯具）
図１は、本実施の形態に係る車両用灯具の概略構成を模式的に示す上面図である。図２は、本実施の形態に係る車両用灯具の概略構成を模式的に示す側面図である。図３は、本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。

本実施の形態に係る車両用灯具１０は、自動車の前端部の一方の側、例えば左側に搭載される左側前照灯の一部であり、右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、左側の車両用灯具１０について詳述し、右側の車両用灯具については説明を省略する。また、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。

車両用灯具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。光学ユニット１２は、可変ハイビームを照射できるように構成されたランプユニットである。可変ハイビームとは、ハイビーム用の配光パターンの形状を変化させるように制御されているものをいい、例えば、配光パターンの一部に非照射領域（遮光部）を生じさせることができる。ここで、配光パターンとは、例えば、灯具が灯具前方２５～５０ｍに設置したスクリーン（仮想スクリーン）上に形成する照射領域である。

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。つまり、回転リフレクタ１６は、回転軸Ｒが車両前後方向に対して交差するように配置されており、光源１４から車両後方へ斜め上に出射した光を車両前方へ反射する反射面を有している。

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、車両用灯具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、第１の発光部１４ａと、第２の発光部１４ｂと、を有する。各発光部は、一つ以上の発光素子を有し、ＬＥＤ、ＥＬ素子、ＬＤ素子などの半導体発光素子が好ましい。第１の発光部１４ａ及び第２の発光部１４ｂは、同じ素子搭載用基板１５に搭載されている。これにより、部品点数を低減し省スペースの光学ユニットを実現できる。また、各素子は個別に点消灯可能に構成されている。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。

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、該照射ビームで走査す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、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Ｌ１の光路よりも下方（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。

（光源）
次に、光源が備える複数の半導体発光素子のレイアウトについて説明する。図４は、本実施の形態に係る素子搭載用基板のうち第１の発光部を示す上面図である。本実施の形態に係る素子搭載用基板１５は、ハイビーム用配光パターンのＨ－Ｈ線を含む領域を照らす８個のＬＥＤ１４ａ１（１４ａ）と、Ｈ－Ｈ線より上方の領域を照らす２個のＬＥＤ１４ａ２（１４ａ）と、Ｈ－Ｈ線より下方の領域を照らす第２の発光部１４ｂとしてのＬＥＤ１４ｂ１（図１、図２参照）と、が実装されている。なお、図４に示す上下左右の方向は、車両用灯具１０の光軸Ａｘ方向と交差する面内での方向としている。

（配光パターン）
図５（ａ）は、本実施の形態に係る光源の第１の発光部の発光領域が回転リフレクタが静止した状態で反射投影された照射範囲を示す模式図、図５（ｂ）は本実施の形態に係る光学ユニットにより形成されたハイビーム用配光パターンの一例の模式図である。

本実施の形態に係る光学ユニット１２は、回転リフレクタ１６の回転が停止した状態で光源１４の第１の発光部１４ａを全て点灯させると、静止した回転リフレクタ１６の表面で発光領域の像が反射され、投影レンズ１８を介して前方に投影される（図５（ａ）参照）。

本実施の形態に係る光学ユニット１２においては、８個のＬＥＤ１４ａ１の発光領域から出射されたそれぞれの光が、Ｈ－Ｈ線上に８個の矩形の照射領域Ｒ３を形成する。また、２個のＬＥＤ１４ａ２の発光領域から出射されたそれぞれの光が、照射領域Ｒ３の上方に２個の矩形の照射領域Ｒ４を形成する。

そして、回転リフレクタ１６が回転すると、照射領域Ｒ３，Ｒ４が左右方向に走査され、それぞれ部分配光パターンＰ１，Ｐ２が形成される。本実施の形態では、部分配光パターンＰ１，Ｐ２が重畳されることでハイビーム用配光パターンＰＨが形成される。

このように、本実施の形態に係る回転リフレクタ１６は、各ＬＥＤ１４ａ１，１４ａ２の発光領域のパターンを反射し走査することでハイビーム用配光パターンＰＨの一部または全部を形成する。

上述の車両用灯具１０は、いわゆるハイビーム用配光パターンの形成が主たる機能の灯具である。そして、一般的な車両は、車両用灯具１０と、別途設けられているロービーム用配光パターンの形成が主たる機能の灯具とを組み合わせて使用する。そのため、ロービーム用配光パターンのみを形成する状況で、車両用灯具１０が点灯しないと、車両用前照灯の中で点灯する灯具と点灯しない灯具とが並ぶため、照明デザインとして改善の余地がある。

そこで、本実施の形態に係る光学ユニット１２は、第１の発光部１４ａと第２の発光部１４ｂとを有する光源１４と、第１の発光部１４ａから出射した光Ｌ１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、第２の発光部１４ｂから出射した光Ｌ２を反射する固定リフレクタ２０と、回転リフレクタ１６で反射された光Ｌ１を車両前方に第１の配光パターンとして投影し、固定リフレクタ２０で反射された光Ｌ２を車両前方に第２の配光パターンとして投影する投影レンズ１８と、を備える。第１の発光部１４ａは、第１の配光パターンとしてハイビーム用配光パターンを形成する際に点灯し、第２の発光部１４ｂは、第１の発光部１４ａが消灯している場合に点灯する。

このように、本実施の形態に係る車両用灯具１０では、ハイビーム用配光パターンを形成しない場合にも光源１４の一部のＬＥＤを点灯させることで、車両用前照灯が全体としてロービーム用配光パターンのみを形成する状況でも光学ユニット１２を光らせることができる。

図６は、本実施の形態に係る光学ユニットにより形成された配光パターンの一例の模式図である。本実施の形態に係る車両用灯具１０は、ハイビーム用配光パターンを形成する際に点灯する８個のＬＥＤ１４ａ１及び２個のＬＥＤ１４ａ２が消灯している場合でも、ＬＥＤ１４ｂ１を点灯させることで、Ｈ－Ｈ線よりも下部の部分配光パターンＰ３が形成される。本実施の形態では、部分配光パターンＰ３が一種のロービーム用配光パターンＰＬ'となる。

なお、ロービーム用配光パターンＰＬ'をハイビーム用配光パターンＰＨと同時に形成してもよい。この場合、光学ユニット１２が光っていることがより認識しやすくなる。一方、ハイビーム用配光パターンＰＨを形成する際にはロービーム用配光パターンＰＬ'が形成されないようにすることで、車両用灯具１０全体の消費電力を抑えられる。

車両用灯具１０は、車両本体に設けられているセンサやカメラ等によって検出された車両前方の状況から光源の点消灯を制御する制御部を備え、制御部によって車両前方を照射する配光パターンの形成に必要なＬＥＤを点灯させる。ここで、制御部は、演算装置（ＣＰＵ，ＩＣ）や記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ）が組み合わされたものである。

本実施の形態に係る光源１４は、ＬＥＤ１４ａ１，１４ａ２，１４ｂ１が同じ素子搭載用基板１５に設けられており、素子搭載用基板１５は、ＬＥＤ１４ｂ１から出射した光が回転リフレクタ１６で反射されずに固定リフレクタ２０で反射されて投影レンズ１８に入射する位置に配置されている。固定リフレクタ２０は、第２の発光部１４ｂから出射した光Ｌ２が反射されて投影レンズ１８に入射するような形状や配置となっている。このように、光源１４は、異なるリフレクタで反射される光をそれぞれ出射する複数の発光部が同じ基板に設けられている。また、ＬＥＤ１４ｂ１から出射した光だけでも投影レンズ１８を光らせることができる。

そこで、制御部は、ハイビーム用配光パターンを形成しながら走行している途中でカメラ等によって前走車を検出した場合、車両用灯具１０におけるＬＥＤ１４ａ１，１４ａ２を消灯しＬＥＤ１４ｂ１を点灯する。これにより、ハイビーム用配光パターンの形成を中断した車両用灯具１０においても、引き続き光学ユニット１２を光らせることができる。

なお、光源１４がハイビーム用配光パターンＰＨを形成していない場合に光学ユニット１２が光っているように見えるためには、第２の発光部１４ｂであるＬＥＤ１４ｂ１によって形成される配光パターンが前走車に対してグレアを与えにくいものであればよい。

そこで、本実施の形態に係る第２の発光部１４ｂは、点灯時に出射する第２の光により、ハイビーム用配光パターンＰＨよりも下部の領域を含むロービーム用配光パターンＰＬ'を形成する。これにより、ハイビーム用配光パターンＰＨを形成していない場合でも、水平線より下部の領域を照射することで前走車や対向車に対するグレアを抑制しつつ光学ユニット１２を光らせることができる。あるいは、Ｖ－Ｖ線（車両進行方向における正面）に対して左右方向に１０度以上外側の領域において、Ｈ－Ｈ線よりも上方の領域を照射する配光パターンであってもよい。

次に、光学ユニット１２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１８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、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車両用灯具、１２光学ユニット、１４光源、１４ａ第１の発光部、１４ｂ第２の発光部、１５素子搭載用基板、１６回転リフレクタ、１６ａブレード、１８投影レンズ、２０固定リフレクタ。

Claims

第１の発光部と第２の発光部とを有する光源と、
前記第１の発光部から出射した第１の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、
前記第２の発光部から出射した第２の光を反射する固定リフレクタと、
前記回転リフレクタで反射された前記第１の光を車両前方に第１の配光パターンとして投影し、前記固定リフレクタで反射された前記第２の光を車両前方に第２の配光パターンとして投影する投影レンズと、を備え、
前記第１の発光部は、前記第１の配光パターンとしてハイビーム用配光パターンを形成する際に点灯し、
前記第２の発光部は、前記第１の発光部が消灯している場合に点灯することを特徴とする光学ユニット。
前記第１の発光部及び前記第２の発光部は、同じ基板に設けら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。
前記基板は、前記第２の発光部から出射した光が前記回転リフレクタで反射されずに前記投影レンズに入射する位置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。
前記第２の発光部は、点灯時に出射する前記第２の光により、ハイビーム用配光パターンよりも下部の領域を含む前記第２の配光パターンを形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学ユニット。
前記回転リフレクタは、回転軸が車両前後方向に対して交差するように配置されており、前記第１の発光部から車両後方へ斜め上に出射した前記第１の光を車両前方へ反射する反射面を有す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。